Ученые смоделировали слияние черной дыры и нейтронной звезды

Используя суперкомпьютер, команда исследователей из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Японии, впервые полностью смоделировали процесс столкновения черной дыры и нейтронной звезды. В своей работе они рассчитали состояние системы на заключительных этапах орбитального сближения, во время слияния, а также на последующем этапе когда, согласно имеющимся данным, может происходить гамма-всплеск.

Слияние черной дыры и нейтронной звезды

Исследователи изучили два сценария. В одном в слиянии участвовала вращающаяся черная дыра с массой в 5,4 солнечных, в другом ее масса равнялась 8,1 солнечной. Масса нейтронной звезды во всех сценариях превышала массу нашего Солнца в 1,35 раза. Эти параметры были выбраны исходя из предположения, что нейтронная звезда будет разорвана приливными силами со стороны черной дыры.

Слияние черной дыры и нейтронной звезды в представлении художника. Источник: Carl Knox/OzGrav ARC Centre of Excellence

По словам исследователей, несмотря на то, что весь процесс длится порядка двух секунд, в течение этого промежутку времени происходит очень большое количество событий. Нейтронная звезда завершает последние орбиты, после чего происходит ее разрушение под действием приливных сил, выброс материи, формирование аккреционного диска и джетов.

Гамма-вспышка и золото

Моделирование показало, что примерно 80% материи нейтронной звезды (примерно одна солнечная масса) поглощается черной дырой в течение нескольких миллисекунд. В последующие 10 миллисекунд оставшаяся материя нейтронной звезды формирует однорукавную спиральную структуру.

В дальнейшем часть материи из спирального рукава выбрасывается из системы, в то время как оставшаяся часть, формирует аккреционный диск вокруг черной дыры. Когда этот аккреционный диск выпадает на черную дыру, это приводит к формированию джета электромагнитного излучения, способного производить короткую гамма-вспышку. Исследование также показало, что в потоках извергаемого материала могут присутствовать тяжелые элементы, такие как золото и платина.

Стоит отметить, что на то, чтобы воссоздать двухсекундное событие, суперкомпьютеру «Сакура» потребовалось примерно два месяца. Именно поэтому в таких случаях ученые зачастую ограничиваются моделированием весьма коротких процессов. Однако команда исследователей считает, что лишь сквозная симуляция может дать самосогласованную картину всех процессов. Она уже приступила к работе, целью которой является моделирование слияния двух нейтронных звезд.

Вы также можете почитать о том, как «космическая полиция» открыла спящую черную дыру в соседней галактике.

По материалам https://phys.org

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine