Magnetfelddynamik in Neutronensternen Sternen

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastiano Bernuzzi
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524726453

Ziel dieses Vorschlags ist es, mithilfe numerischer Simulationen die Magnetfeldkonfiguration im Inneren von Neutronensternen zu verstehen und die Rolle der Turbulenz bei ihrer Entwicklung zu untersuchen. Trotz seiner entscheidenden Rolle in vielen Aspekten der Neutronensternphysik ist die Magnetfeldtopologie eines Neutronensterns noch immer nicht bekannt. Die meisten Beobachtungen über das Feld sind indirekt und werden durch die Anpassung eines magnetischen Dipol-Spin-Down-Modells an die gemessene Periodenableitung des Sterns gewonnen, wobei nur eine Handvoll Modelle das Oberflächenfeld mit spektralen Anpassungen untersuchen. Theoretisch haben eine Reihe von Autoren Gleichgewichtsmodelle eines magnetisierten Neutronensterns konstruiert, aber die Stabilität solcher Konfigurationen ist eine offene Frage. Es wurde vermutet, dass es in barotropen Sternen keine Gleichgewichte geben kann, sondern dass Flüssigkeitsbewegungen und Zusammensetzungen oder thermische Schichtungen erforderlich sind, um die Konfiguration zu stabilisieren. Numerische Simulationen haben einen gewissen Einblick in das Problem gegeben und gezeigt, dass sich zwar kein exaktes Gleichgewicht einstellt, aber das Verhältnis von poloidaler zu toroidaler Energie im Magnetfeld sich auf ein stabiles Verhältnis einpendelt, das Vorhersagen über die vom Stern erwarteten Gravitationswellen und elektromagnetischen Signale ermöglicht. Die Simulationen zeigen jedoch, dass sich bei diesem Problem Turbulenzen entwickeln, die eine entscheidende Rolle bei der großräumigen Topologie des Feldes spielen, aber derzeit nicht vollständig geklärt sind. Dieser Vorschlag zielt darauf ab, dieses Problem mit Hilfe eines Multiskalenansatzes anzugehen. Die Simulation eines ganzen Neutronensterns mit der hohen Auflösung, die erforderlich ist, um Turbulenzen auf kleinen Skalen aufzulösen, ist in der Tat numerisch nicht machbar. Wir planen daher, hochauflösende Simulationen eines Fluids in einem Neutronenstern auf kleiner Skala zu verwenden, um Sub-Grid-Methoden zu kalibrieren, die es ermöglichen, den Effekt der Turbulenz in Simulationen auf großer Skala zu berücksichtigen. Wir werden diese Methoden dann in allgemeinen relativistischen Magnetohydrodynamik-Simulationen verwenden, die auch die Auswirkungen der Temperatur in der Zustandsgleichung berücksichtigen, um realistische Magnetfeldkonfigurationen in Neutronensternen zu simulieren und realistische Vorhersagen für die Nachweisbarkeit von elektromagnetischen und Gravitationswellensignalen mit aktuellen und geplanten Gravitationswellendetektoren zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Brynmore Haskell, Ph.D.