Masywne gwiazdy to te, których masa jest ok. 10 razy większa od masy Słońca. Gwiazdy tego typu powstają znacznie rzadziej od swoich mało masywnych towarzyszek. Mimo to, to one najbardziej przyczyniają się do ewolucji gromad gwiazd i galaktyk. Masywne gwiazdy są prekursorami wielu jasnych i energetycznych zdarzeń we wszechświecie, włącznie z wzbogacaniem swojego otoczenia w cięższe pierwiastki w eksplozjach supernowych.
Najlepszym narzędziem do badania masywnych gwiazd są szczegółowe kody ewolucji gwiazd: programy komputerowe, które obliczają budowę wewnętrzną oraz ewolucję takich gwiazd. Niestety, szczegółowe obliczenia wymagają sporej mocy komputerów i dużej ilości czasu – symulacja ewolucji jednej gwiazdy może zająć nawet kilka godzin. Z tego też powodu, kody takie nie nadają się do modelowania gwiazd w układach tak złożonych jak chociażby gromady kuliste, w których oddziałują ze sobą nawet miliony gwiazd.
Z tego też powodu, zespół badaczy z ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) opracował kod ewolucji gwiazd METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Interpolacja to metoda szacowania ilości w oparciu o pobliskie wartości, np. szacowanie rozmiarów gwiazdy w oparciu o rozmiary gwiazd o podobnej masie. Poprzez interpolację METISSE szybko oblicza właściwości gwiazd wykorzystując do tego wybrane modele gwiazd obliczone za pomocą szczegółowych kodów ewolucji gwiazd.
Dzięki temu, METISSE jest w stanie obliczyć ewolucję 10 000 gwiazd w mniej niż trzy minuty. Co najważniejsze, potrafi wykorzystywać zestawy modeli ewolucji do przewidywania właściwości gwiazd – to niezwyklwe ważne w przypadku masywnych gwiazd. Takich gwiezdnych behemotów jest niewiele, a ich złożone i krótkie życie sprawia, że trudno obliczyć ich właściwości. Z tego też powodu, szczegółowe kody ewolucji gwiazd muszą czynić wiele założeń obliczając ich ewolucję. Różnice w założeniach wykorzystywane przez różne kody ewolucji gwiazd mogą znacząco wpływać na przewidywania dotyczące życia i własności masywnych gwiazd.
W niedawno opublikowanych badaniach, badacze z grupy OzGrav wykorzystali METISSE wraz z dwoma najbardziej zaawansowanymi modelami ewolucji gwiazd: MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics) oraz BEC (Bonn Evolutionary Code).
Interpolowaliśmy gwiazdy o masie między 9 a 100 mas Słońca i porównaliśmy przewidywania ostatecznych losów tych gwiazd. W przypadku najmasywniejszych gwiazd w zestawie odkryliśmy, że masy pozostałości po gwiazdach (czarnych dziur lub gwiazd neutronowych) mogą różnić się o nawet 20 mas Słońca w zależności od kodu
– mówi Poojan Agrawal, badacz z OzGrav i główny autor opracowania.
Gdy takie pozostałości po gwiazdach łączą się ze sobą, emitują fale grawitacyjne czyli swoiste zmarszczki czasoprzestrzeni, które jesteśmy w stanie odkrywać na Ziemi za pomocą detektorów LIGO i Virgo. Tym samym wyniki symulacji gwiazd będą miały ogromny wpływ na przyszłe przewidywania w astronomii fal grawitacyjnych.
METISSE jest tylko pierwszym krokiem na drodze do poznania wiedzy o tym jaką rolę odgrywają masywne gwiazdy w takich układach jak gromady kuliste. Już pierwsze wyniki są naprawdę ekscytujące
– dodaje Agrawal.