Kod numeryczny do modelowania namagnetyzowanych gwiazd neutronowych
Uważa się, że silne pola magnetyczne wywołują wiele zjawisk wysokoenergetycznych, jak rozbłyski gamma, dżety w aktywnych jądrach galaktyk czy powstawanie gwiazd zdegenerowanych. Bez tych pól, setki trylionów razy silniejszych od pola magnetycznego Ziemi, w latach 60. XX wieku nie odkryto by istnienia gwiazd neutronowych. Celem projektu NSMAG (Magnetic fields in neutron stars via numerical simulations) było poszerzenie wiedzy na temat roli pola magnetycznego gwiazd neutronowych. Gwiazdy neutronowe to pozostałe po masywnych gwiazdach gęste rdzenie, które wypalają się przez miliony lat i kończą swoje życie wybuchem supernowej. Naukowcy opracowali kod XNS służący do modelowania różnicowej rotacji gwiazd neutronowych oraz toroidalnych lub poloidalnych pól magnetycznych bądź ich różnych kombinacji. Ten kod numeryczny można również wykorzystać do rozwiązania równań Einsteina opisujących czasoprzestrzeń czy równań równowagi magnetohydrostatycznej opisujących rozkład materii. W przypadku metryk we współrzędnych sferycznych równania Einsteina rozwiązuje się z użyciem aproksymacji XCFC (Extended Conformally Flat Condition). Taka strategia umożliwia zachowanie stabilności numerycznej równań oraz ich odsprzężenie i dalsze rozwiązywanie metodą hierarchiczną. Zastosowanie harmonik sferycznych zapewnia prawidłowy przebieg wzdłuż osi, właściwą parzystość w środku układu oraz prawidłowy trend asymptotyczny w pozostałych obszarach. Rozwiązania mają postać harmonik sferycznych. Naukowcy wykazali, że do uzyskania zbieżnych wyników wystarczy 20 harmonik sferycznych. Wyniki uzyskane dla kodu XNS zostały porównane z wynikami innych kodów, w tym kodu RotStar dostępnego w bibliotece LORENE (Langage Objet pour la RElativité NumériquE). Miało to na celu sprawdzenie wydajności kodu oraz dokładności aproksymacji XCFC. Uczestnicy projektu NSMAG przeprowadzili modelowanie gwiazd wirujących i niewirujących o poloidalnych i toroidalnych polach magnetycznych w nieliniowym środowisku ogólnorelatywistycznym. Wyniki modelowania z użyciem kodu XNS były zgodne z wynikami modeli silnie namagnetyzowanych gwiazd posiadających pola o sile rzędu 10^13 G. Dodatkowo zastosowanie aproksymacji XCFC jest korzystne pod kątem obliczeniowym. Celem projektu NSMAG było znalezienie rozwiązania, które nie tylko jest poprawne matematycznie, ale posiada również sens fizyczny; cel ten nie został wprawdzie jeszcze osiągnięty, ale udało się poczynić znaczące kroki w tym kierunku.
Słowa kluczowe
Kod numeryczny, gwiazdy neutronowe, pola magnetyczne, NSMAG, kod XNS
