Ученые смоделировали процесс рождения черной дыры из нейтронных звезд: видео
Международная команда ученых под руководством Института гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна) провела рекордное по длительности и сложности компьютерное моделирование слияния двойных нейтронных звезд. Симуляция длилась 1,5 секунды реального времени и потребовала 130 миллионов часов процессорного времени на суперкомпьютере Fugaku в Японии.
Важность исследования
Слияния нейтронных звезд — одни из самых ярких и сложных событий во Вселенной, сопровождающиеся гравитационными волнами, излучением нейтрино и электромагнитным излучением. Многоканальная астрономия объединяет данные с разных приборов для максимально полного изучения таких явлений. Однако точные модели сигналов — обязательное условие для правильной интерпретации и координации наблюдений.
«Очень сложно с самого начала предсказать все виды сигналов — гравитационные волны, нейтрино и свет — которые возникают при слиянии нейтронных звезд. Но теперь нам это удалось», — говорит Кота Хаяси, научный сотрудник Института Макса Планка.
Что показало моделирование?
Симуляция охватила полный цикл слияния — от вращения двух нейтронных звезд вокруг друг друга до образования черной дыры и мощных струй материи. Моделировались физические процессы общей теории относительности, излучения нейтрино и магнитогидродинамики с учетом взаимодействия сильных магнитных полей и вещества высокой плотности.
Две нейтронные звезды массой 1,25 и 1,65 солнечных масс вращаются друг вокруг друга, постепенно сближаясь и испуская гравитационные волны. В результате остаток слияния быстро коллапсирует в черную дыру, вокруг которой образуется плотный диск материи с усиленными магнитными полями. Эти поля запускают мощные струи энергии вдоль оси вращения черной дыры.
«Поток энергии вдоль оси черной дыры, управляемый магнитными полями, вероятно, приводит в действие гамма-всплеск», — объясняет Масару Шибата, директор отдела вычислительной астрофизики.
Что дают эти прогнозы
Симуляция предсказывает гравитационные волны, всплески нейтрино и образование килоно́вой — светящегося облака тяжелых элементов, выбрасываемого в межзвездное пространство. Наблюдения за первым в истории зафиксированным столкновением нейтронных звезд в 2017 году подтвердили образование таких элементов, как золото, что ранее было лишь теоретической гипотезой.
«Наши результаты имеют решающее значение для понимания физики слияния нейтронных звезд и формирования тяжелых элементов», — добавляет Шибата.
Физики выяснили, как вела себя материя в первые мгновения после Большого взрыва
Черная дыра в центре Галактики может помочь зарождению жизни: новое исследование