Исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Letters, проведено группой ученых из Калтеха под руководством доцента теоретической астрофизики Элиаса Моста. Работа представляет самые детальные на сегодняшний день компьютерные симуляции столкновения двух экзотических космических объектов — черной дыры и нейтронной звезды. Нейтронная звезда — это очень плотный остаток умершей звезды, состоящий в основном из нейтронов, а черная дыра — область пространства с такой сильной гравитацией, что даже свет не может ее покинуть.
Команда моделировала момент, когда гравитационное притяжение черной дыры с силой сдвигает поверхность нейтронной звезды. Это приводит к разлому ее коры подобно землетрясению, но происходящему в звезде. Возникают микротрещины и колебания магнитного поля, которые создают волны, названные в честь шведского физика Ханнеса Альфвена. Эти волны превращаются в радиовсплески, которые могут быть зафиксированы астрономами за секунду до того, как нейтронная звезда будет поглощена.
Во второй статье, также опубликованной в том же журнале, команда показала, что после разрушения звезды возникают одни из самых мощных ударных волн во Вселенной. Эти волны производят дополнительное излучение, которое может помочь ученым обнаружить момент столкновения заранее.
Моделирование также предсказало создание необычного объекта — пульсара черной дыры. Пульсар — это нейтронная звезда с сильным магнитным полем, которая испускает регулярные импульсы излучения, похожие на маяк. В данном случае черная дыра, поглощая нейтронную звезду, временно формирует магнитные ветры, похожие на пульсар, которые излучают высокоэнергетические рентгеновские и гамма-лучи в течение менее секунды.
Такое событие может стать новой целью для астрономических наблюдений в радиодиапазоне и рентгеновском спектре, расширяя наши знания о катастрофических процессах во Вселенной.
Особое внимание в исследовании уделялось использованию суперкомпьютера Perlmutter в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Этот суперкомпьютер на базе графических процессоров обеспечил необходимую мощность для моделирования сложных процессов, включая взаимодействия гравитации, магнитных полей и ядерной физики нейтронной звезды.
Работа ученых не только раскрывает детали экстремальной физики столкновения, но и помогает астрономам определить, какие сигналы стоит искать в телескопах, чтобы заранее заметить слияние черной дыры и нейтронной звезды. В частности, такие слияния могут сопровождаться вспышками радиоволн и гамма-лучей, которые станут важным инструментом для исследований космоса.
Команда также работает совместно с проектом LIGO, который регистрирует гравитационные волны — колебания пространства и времени, предсказанные Эйнштейном более ста лет назад. LIGO уже обнаружил слияния черных дыр и нейтронных звезд. Сейчас ученые пытаются научиться предупреждать о грядущих столкновениях за минуту до их наступления, чтобы направлять телескопы на наблюдение редких и коротких световых вспышек.
Пока мы узнаем все больше о слияниях черных дыр и нейтронных звезд, не менее впечатляющие открытия приходят из изучения самих черных дыр в центрах галактик. Они не просто втягивают материю — оказывается, они умеют стрелять газовыми «пулями» с огромной скоростью, меняя наше представление о влиянии на окружающее пространство. Об этом вы можете почитать в одной из свежих статей.