Астрофізики встановили новий рекорд, створивши найтривалішу та найскладнішу симуляцію злиття нейтронних зір у чорну діру з потужним джетом. Створена штучна модель відкриває нові можливості для розуміння одних із найбільш енергетичних подій у Всесвіті. Результати дослідження опубліковані у Physical Review Letters.
Перше виявлення гравітаційних хвиль від зіткнення нейтронних зір у 2015 році стало революцією в астрономії, яка започаткувала еру «мультимесенджерних» (multi-messenger) досліджень. Цей підхід дозволяє вивчати космос не лише через світло, а й через гравітаційні хвилі та нейтрино. Злиття нейтронних зір є ключовою подією такого типу, вивільняючи гравітаційні хвилі, потужні гамма-спалахи та створюючи важкі елементи, такі як золото чи платина. Проте теоретичні моделі цих процесів ще потребують уточнення.
Суперкомп’ютер розкриває хаос
Нейтронні зорі — неймовірно щільні залишки масивних світил, що вибухнули як наднові. Лишень одна чайна ложка їхньої речовини важила б як гора Еверест. Коли дві такі зорі зливаються, вони породжують хаос: протягом критичних 1,5 секунди відбувається колапс у чорну діру, вивільняються потоки нейтрино та формуються інтенсивні магнітні поля в надщільній ядерній пащі.
Відтворити цей апокаліптичний процес — неймовірно складна обчислювальна задача навіть для найпотужніших сучасних суперкомп’ютерів. Міжнародна команда вчених використала потужності японського суперкомп’ютера Fugaku, застосувавши сучасні фізичні теорії. Для симуляції лише 1,5 секунди реального часу знадобилося колосальних 130 млн годин процесорного часу з використанням десятків тисяч ядер одночасно.
«Передбачити хаос від злиття на основі фундаментальних законів надзвичайно складно. Але лише тепер нам це вдалося», — підкреслив Кота Хаяші, докторант Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка.
Народження чорної діри та джета
Моделювання показало злиття нейтронних зір масою 1,25 та 1,65 сонячних. Протягом п’яти взаємних обертів, втрачаючи енергію через гравітаційні хвилі, зорі зіткнулися. Миттєво утворилася надмасивна нейтронна зоря, яка, не впоравшись із власною гравітацією, колапсувала в чорну діру. Частина речовини утворила акреційний диск навколо неї.
Ключовим результатом стало моделювання народження надшвидкого джета. Інтенсивні магнітні поля нейтронних зір, посилені швидким обертанням чорної діри, прискорили речовину вздовж її осі обертання.
«Ми вважаємо, що саме цей енергетичний потік, керований магнітними полями, живить гамма-спалахи», — пояснив професор Масару Шибата, керівник дослідження. Це дає безпрецедентне уявлення про внутрішню «кухню» найпотужніших вибухів у космосі.
Раніше ми пояснювали, як можна передбачити злиття нейтронних зір.
За матеріалами iflscience.com
