Астрофизики Калифорнийского технологического института провели детальное моделирование слияния черной дыры с нейтронной звездой и получили беспрецедентные данные о процессах, происходящих за секунды до полного уничтожения космического объекта. Для этих целей исследователи под руководством Элиаса Моста использовали суперкомпьютер Perlmutter в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
Команда опубликовала результаты в двух статьях в The Astrophysical Journal Letters, описывающих различные аспекты космической катастрофы. Первая работа анализирует "звездотрясения" на поверхности нейтронной звезды перед поглощением, вторая исследует формирование "пульсаров черных дыр" и мощные ударные волны.
Симуляции показали, что гравитация черной дыры вызывает растрескивание сверхплотной коры нейтронной звезды подобно землетрясению.
Кора нейтронной звезды трескается как земля при землетрясении.
Гравитационное воздействие сначала деформирует поверхность, вызывая сейсмические колебания и образование разломов.
Растрескивание генерирует альфвеновские волны – магнитные возмущения, распространяющиеся по звезде с огромной скоростью. Эти волны могут создавать быстрые радиовсплески – миллисекундные радиосигналы, периодически регистрируемые из глубокого космоса. Симуляция впервые продемонстрировала, как сейсмическая активность нейтронных звезд производит экстремальные ударные волны, распространяющиеся во вселенной.
Коллапс нейтронной звезды генерирует одни из самых мощных теоретически возможных ударных волн во вселенной. Эти процессы могут излучать радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи в финальном всплеске перед полным исчезновением объекта.
Caltech обнаружила формирование гипотетического "пульсара черной дыры" – экзотического объекта с черной дырой в центре вместо звезды. После поглощения нейтронной звезды черная дыра на короткое время окружается магнитными потоками, имитирующими характерные лучи обычного пульсара.
Моделирование слияний нейтронных звезд требует значительно более сложных вычислений по сравнению с черными дырами.
При симуляции слияния двух черных дыр нужны уравнения общей теории относительности для описания гравитационных волн. Но с нейтронной звездой происходит намного больше физических процессов, включая сложную ядерную физику звезды и динамику плазмы.
Результаты помогут коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA идентифицировать реальные столкновения нейтронных звезд с черными дырами и лучше понимать эти экстремальные космические события.