Numerischer Code für magnetisierte Neutronensterne
Vielen hochenergetischen Phänomenen wie Gamma-Ray-Bursts, Jets aus aktiven galaktischen Kernen und anderen kompakten Objekten liegen, wie die Wissenschaft vermutet, starke Magnetfelder zugrunde. Ohne diese Felder, die Hunderte von Billionen Mal stärker sind als das Magnetfeld der Erde, hätten Neutronensterne in den 1960er Jahren nicht entdeckt werden können. Das EU-finanzierte Projekt NSMAG (Magnetic fields in neutron stars via numerical simulations) sollte die Rolle von Magnetfeldern in Neutronensternen untersuchen, die aus dichten Kernen massiver Sterne übrig geblieben sind und nach etwa einer Million Jahren in einer Supernova-Explosion sterben. Die Wissenschaftler entwickelten XNS für Modelle differenziell rotierender Neutronensterne und toroidaler bzw. poloidaler Magnetfelder sowie gemischte Konfigurationen. Dieser numerische Code löst zudem Einsteinsche Gleichungen zur Raum-Zeit-Metrik und dem magnetohydrostatischen Gleichgewicht, das die Verteilung der Materie bestimmt. Einsteins Gleichungen werden mit der Näherung XCFC (extended conformally flat condition) für die Metrik in sphärischen Koordinaten gelöst. Mit dieser Strategie kann die Näherung in eine numerisch stabile Form gebracht werden, die dann zur Entkopplung hierarchisch aufgelöst wird. Mit sphärischen Oberschwingungen lässt sich ein korrektes Verhalten entlang der Achse, korrekte Parität in der Mitte und eine korrekte asymptotische Tendenz bei den anderen Abständen erzeugen. Lösungen werden in Form von sphärischen Oberschwingungen gesucht. Die Wissenschaftler belegten, dass, um konvergente Ergebnisse zu erhalten, 20 sphärische Oberwellen ausreichen. Die Ergebnisse des XNS-Codes wurden mit anderen Codes verglichen, etwa dem Rotstar-Code aus der LORENE-Bibliothek (language objet pour la relativité numérique). Dabei wurde sowohl die Leistung als auch die Genauigkeit der XCFC-Näherung getestet. NSMAG modellierte rotierende und nicht rotierende Sterne mit poloidalen und toroidalen Magnetfeldern im nichtlinearen allgemeinen relativistischen Umfeld. Die XNS-Ergebnisse stimmten mit denen extrem magnetisierter Modelle von Sternen mit Feldstärken in der Größenordnung von 10 ^ 13 G überein. Zudem vereinfachte dies Berechnungen mit der XCFC-Näherung. Insgesamt suchte NSMAG nach einer Lösung, die physikalisch akzeptabler ist als eine mathematisch korrekte Lösung und machte in dieser Richtung bedeutende Fortschritte.
Schlüsselbegriffe
Numerischer Code, Neutronensterne, Magnetfelder, NSMAG, XNS-Code
