Астрофизики установили новый рекорд, создав самую длительную и сложную симуляцию слияния нейтронных звезд в черную дыру с мощным джетом. Созданная искусственная модель открывает новые возможности для понимания одних из самых энергетических событий во Вселенной. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
Первое обнаружение гравитационных волн от столкновения нейтронных звезд в 2015 году стало революцией в астрономии, которая положила начало эре «мультимессенджерных» (multi-messenger) исследований. Этот подход позволяет изучать космос не только через свет, но и через гравитационные волны и нейтрино. Слияние нейтронных звезд является ключевым событием такого типа, высвобождая гравитационные волны, мощные гамма-вспышки и создавая тяжелые элементы, такие как золото или платина. Однако теоретические модели этих процессов еще требуют уточнения.
Суперкомпьютер раскрывает хаос
Нейтронные звезды — невероятно плотные остатки массивных светил, взорвавшихся как сверхновые. Всего одна чайная ложка их вещества весила бы как гора Эверест. Когда две такие звезды сливаются, они порождают хаос: в течение критических 1,5 секунды происходит коллапс в черную дыру, высвобождаются потоки нейтрино и формируются интенсивные магнитные поля в сверхплотной ядерной пасти.
Воспроизвести этот апокалиптический процесс — невероятно сложная вычислительная задача даже для самых мощных современных суперкомпьютеров. Международная команда ученых использовала мощности японского суперкомпьютера Fugaku, применив современные физические теории. Для симуляции всего 1,5 секунды реального времени понадобилось колоссальные 130 млн часов процессорного времени с использованием десятков тысяч ядер одновременно.
«Предсказать хаос от слияния на основе фундаментальных законов чрезвычайно сложно. Но только теперь нам это удалось», — подчеркнул Кота Хаяши, докторант Института гравитационной физики имени Макса Планка.
Рождение черной дыры и джета
Моделирование показало слияние нейтронных звезд массой 1,25 и 1,65 солнечных. В течение пяти взаимных оборотов, теряя энергию из-за гравитационных волн, звезды столкнулись. Мгновенно образовалась сверхмассивная нейтронная звезда, которая, не справившись с собственной гравитацией, коллапсировала в черную дыру. Часть вещества образовала аккреционный диск вокруг нее.
Ключевым результатом стало моделирование рождения сверхбыстрого джета. Интенсивные магнитные поля нейтронных звезд, усиленные быстрым вращением черной дыры, ускорили вещество вдоль ее оси вращения.
«Мы считаем, что именно этот энергетический поток, управляемый магнитными полями, питает гамма-вспышки», — пояснил профессор Масару Шибата, руководитель исследования. Это дает беспрецедентное представление о внутренней «кухне» самых мощных взрывов в космосе.
Ранее мы объясняли, как можно предсказать слияние нейтронных звезд.
По материалам iflscience.com
