Éppen ezért a szimulációk néha alapfeltevésekkel élnek, hogy meggyorsítsák és megkönnyítsék a számításokat. Egy új kutatás a turbulens keveredéshez kapcsolódó számításokkal foglalkozik és megmutatja, hogy a korábbi elképzelésekkel ellentétben mégsem a keveredési paraméter miatt térnek el egymástól a mérések és a modellek.
A csillagok belsejének felkeveredése
Mi az, ami közös a Föld óceánjaiban, a fehér törpékben és a vörös óriásokban? Az úgynevezett termohalin keveredés, ami akkor következik be, amikor egy objektum esetén függőleges irányban változik mind a hőmérséklet, mind a kémiai összetétel. A Föld esetén például az óceánok vize a felszínhez közelebbi régiókban melegebb és sósabb, mint mélyebben, ez pedig előteremti a lehetőséget a turbulens keveredéshez.
Hasonló típusú anyagkeveredést figyelhetünk meg a vörös óriásokban, valamint a fehér törpecsillagok körüli anyaggyűjtő korongban is. Ezeknek a folyamatoknak a szimulációkkal történő leírása azonban nagyon bonyolultnak bizonyul.
![Egy magányos fehér törpecsillag körüli anyaggyűjtő korong művészi ábrázolása. (Forrás: [NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva; CC BY 4.0].)](/uploads/gallery/8/noirlab2127a-1781000753.jpg)
A szimulációkban használt paraméterek közül az egyik legfontosabb az úgynevezett Prandtl szám (Pr), amely a viszkozitás és a hőterjedési együttható aránya, más szóval leírja, hogy egy adott folyadékban az impulzus vagy a hő terjed gyorsabban. Ez a bizonyos szám a csillagok belsejében általában 10−6, ám a szimulációk számítási kapacitásának határa csak 10−2-ig terjed. Ekkor tehát feszültség lép fel a modellek és a valóság között, és sokan úgy gondolják, hogy a szimulált és a valós Pr-számok közötti különbség az eltérés fő oka.
A probléma áthidalása
Egy újonnan megjelent tanulmány a Pr-szám megválasztásának a szimuláció végeredményére tett hatását vizsgálta. A kutatók új, háromdimenziós hidrodinamikai szimulációkat készítettek, amelyek esetén a számítás jóval gyorsabb az eddigieknél, és amelyben a keveredésre jellemző Pr-számot a következő értékekre tudták állítani: 10−1, 10−2, 10−3, 10−6, és 0.
Az eredmények pedig meglepőnek bizonyultak: kiderült, hogy a Pr-szám megválasztása nincs nagy hatással a szimuláció végkimenetelére, így a mért adatok és a modellek közötti különbség nem ebben, hanem inkább más fizikai paraméterben keresendő
A valóság újraalkotása
Mit jelent ez a csillagok belsejét modellező kutatók számára? Először is azt, hogy a Pr=0 lehetőség kiválasztása közel azonos eredményt ad ahhoz, amikor Pr = 10−6. Így ha a számot 0-nak választjuk, a szimulációk gyorsabban lefutnak és mégis reális eredményt adnak. (Fontos megjegyezni, hogy ez az alapfeltevés nem érvényesül abban az esetben, ha a vizsgált objektumnak nagyon erős mágneses tere van.)
Az új tanulmány szerzője szerint a vörös óriások, illetve fehér törpék esetén a mágneses térnek, a csillag forgásának és a keveredés egyéb forrásainak figyelembevételével kiküszöbölhetőek a modellek és a mért adatok közötti eltérések. Éppen ezért a későbbiekben a Pr-szám helyett érdemes nagyobb hangsúlyt fektetni például a mágneses tér szerepére.
Forrás: https://aasnova.org/2026/05/06/simulations-of-turbulent-mixing-close-one-gap-but-open-another/#prettyPhoto
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet