В глубинах Вселенной происходят события настолько грандиозные и удивительные, что их последствия ощущаются на колоссальных расстояниях. Одним из самых загадочных явлений считаются слияния нейтронных звёзд — сверхплотных остатков гигантских светил, которые формируются после взрыва сверхновой. Эти своеобразные "реликты" звёзд имеют массу, превосходящую даже 2 солнечных массы, концентрируясь в объёме размером всего в несколько десятков километров.
Тайны нейтронных звёзд: краткая характеристика
Нейтронные звёзды заслуженно считаются одними из наиболее экстремальных объектов во Вселенной. После гибели массивной звезды, когда ее ядро схлопывается, в пространстве остаётся звёздное ядро из нейтронного вещества с феноменальной плотностью и гравитацией. Если две таких звезды оказываются в тесной гравитационной связке и сближаются, их финальный "танец" сопровождается мощным выбросом гравитационных волн — ряби пространства-времени, которую сегодня уже умеют регистрировать земные обсерватории.
Компьютерное моделирование слияния: новая эра понимания Вселенной
Исследовать происходящее при слиянии нейтронных звёзд привычными лабораторными методами невозможно: давление и температура в таких условиях сопоставимы лишь с центрами сверхплотных экзотических тел. Эту задачу решает современное численное моделирование, для чего используются мощнейшие вычислительные платформы, такие как японский суперкомпьютер Fugaku. С помощью точных математических моделей возможно симулировать процесс столкновения звёзд-гигантов, учитывая не только их массу и размер, но и сложное взаимодействие магнитных полей, турбулентности, и даже особенности излучения и распространения гравитационных волн.
Вклад Кота Хаяши, Института Макса Планка и Юкавы
Ведущая в этой области исследовательская команда под руководством Кота Хаяши, представляющего Институт Макса Планка (Германия) и Институт теоретической физики Юкавы (Япония), внесла существенный вклад в моделирование этих процессов. Используя вычислительные мощности Fugaku, ученые провели тщательное исследование, в ходе которого выяснили: если две нейтронные звезды различной массы сливаются, результатом может стать рождение чёрной дыры, окружённой массивным аккреционным диском — своеобразным "кольцом" из звёздных обломков.
Особо важен тот факт, что уже через доли секунды после этого космического столкновения вдоль оси образовавшейся чёрной дыры формируется компактный и мощный джет — узкий поток энергии. Расчёты показали, что яркость такого джета способна превзойти светимость Солнца в 2,6 квадриллиона раз! Это величина, сопоставимая с яркостью крупнейших гамма-всплесков, которые фиксируются астрономами на других концах космоса.
Открытие, меняющее представление о гамма-всплесках
Астрофизики пришли к выводу, что для возникновения мощного джета совсем не обязательно, чтобы образовавшаяся после слияния нейтронная звезда некоторое время существовала отдельно, прежде чем превратиться в чёрную дыру. Достаточно наличия большого аккреционного диска и устойчивого магнитного поля. Этот результат даёт объяснение тому, каким образом после слияний компактных объектов могут возникать исключительно яркие гамма-всплески, потрясающие своими масштабами.
Несмотря на то что в рамках текущей модели ускорение вещества джета до экстремальных скоростей, характерных для гамма-всплесков, ещё не моделировалось полностью, будущие наблюдения гравитационных волн и электромагнитных сигналов, позволят подтвердить или скорректировать полученные теоретические результаты.
Взгляд в будущее: новые горизонты астрофизики
Работа Кота Хаяши и его коллег демонстрирует, насколько тесно сегодня переплетены передовые вычислительные технологии и изучение Вселенной. Вероятно, в ближайшие годы ученые смогут не только зафиксировать связку гравитационных волн и гамма-всплесков от аналогичных событий, но и ещё глубже понять физику процессов, происходящих на грани коллапса материи.
Сам Хаяши выражает уверенность, что открытые ими теоретические механизмы станут основой для новых экспериментов, наблюдений и компьютерных симуляций, приближая человечество к разгадке тайн космоса. Впереди — новые открытия, вдохновляющие на поиски истины о природе пространства, времени и материи.
Источник: naked-science.ru
