Представить, что происходит в момент слияния двух нейтронных звезд с последующим почти мгновенным образованием черной дыры можно сугубо умозрительно ввиду чудовищных физических условий этого не такого редкого для Вселенной процесса. Температура и давление в эпицентре ядерного взрыва — цветочки по сравнению с тем, что испытывает материя во время возникновения черной дыры. Впрочем, внутри нейтронной звезды климат тоже не самый благоприятный.
Cовременные суперкомпьютеры и методы математического моделирования, основанные на уравнениях экстремального состояния вещества и других фундаментальных понятиях физики высоких энергий и теории относительности, позволяют все более достоверно реконструировать высокоэнергетические события в космосе.
Исследователи из Института гравитационной физики Макса Планка (он также известен как Институт Альберта Эйнштейна) и ряда японских научных центров недавно провели самое длительное на сегодняшний день моделирование слияния двух нейтронных звезд, взяв за основу методику нейтрино-радиационной магнитогидродинамики (neutrino-radiation magnetohydrodynamics, MHD).
Моделирование, описанное в Physical Review Letters, показывает, что в результате слияния нейтронных звезд возникает магнитная струя (джет) с околосветовой скоростью распространения, за которой следует коллапс двойной нейтронной звезды в черную дыру.
Моделирование было основано на реальной звездной драме. Кота Хаяси, первый автор статьи, сообщил журналистам, что еще в 2019 году детекторы гравитационных волн зафиксировали событие, возникшее в результате слияния двух нейтронных звезд. Сразу после слияния они коллапсировали в черную дыру. Цель работы ученых — прояснить динамику слияния при таком быстром коллапсе и предсказать диапазон сигналов (гравитационные волны, электромагнитное излучения на разных частотах, нейтринное излучения) от моделируемого события.
По легенде слияние, смоделированное Хаяси и его коллегами, происходит между двумя нейтронными звездами разной массы: одна имеет массу 1,25 M⊙, а другая — 1,65 M⊙. В ходе вычислений была реконструирована вероятная эволюция гравитационного и магнитного полей, нейтринного излучения, и гидродинамики в области слияния. Жизнь системы in silico продлилась рекордные 1,5 секунды в реальном времени. Моделирование обеспечил японский суперкомпьютер Fugaku.
После слияния двойная система нейтронных звезд быстро превратилась в черную дыру, окруженную турбулентным аккреционным диском с высокой угловой скоростью. Поскольку этот диск возникает в результате магниторотационной неустойчивости, он способствовал выбросу массы и создал так называемый поток Пойнтинга (отток энергии, переносимой электромагнитными полями). Кульминацией этого процесса стало появление магнитосферной струи с мощностью, эквивалентной примерно 10⁴⁹ эрг/с, параллельной оси вращения черной дыры.
Это первая работа, где теоретически доказано образование магнитоплазменного джета в результате слияния двух нейтронных звезд, которые сразу же коллапсировали в черную дыру. Это показывает, что такого рода система должна вызывать гамма-всплеск — самый мощный взрывной процесс во Вселенной. Мы выяснили, что магнитное поле, которое управляет джетами, генерируется в аккреционном диске после слияния с помощью механизма, называемого гидромагнитным динамо.Кота Хаяси
Ранее Hi-Tech Mail рассказывал о путешествие искусственного интеллекта за горизонт событий «взрослой» черной дыры.