Что происходит с остатками слияний нейтронных звезд?

График в ложных цветах, показывающий плотность массы в экваториальной (внизу) и меридиональной, или «южной» (вверху) плоскостях остатка слияния нейтронной звезды примерно через 100 миллисекунд после слияния. Автор: David Radice

В результате столкновения нейтронных звезд появляется новый небесный объект, называемый остатком, окутанный тайной. Ученые до сих пор разгадывают его тайны, в том числе вопрос о том, коллапсирует ли он в черную дыру и как быстро это может произойти.

Ученые из Университета штата Пенсильвания использовали суперкомпьютерное моделирование с общерелятивистской гидродинамикой нейтринного излучения, чтобы понять внутреннюю структуру этих остатков слияния нейтронных звезд. Они также изучили, как остаток остывает, испуская нейтрино.

Наблюдая за слиянием нейтронных звезд в космосе, ученые получают представление о том, как ведет себя ядерная материя в экстремальных условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле.

Ядерная материя — это гипотетическая субстанция, состоящая из протонов и нейтронов, удерживаемых вместе сильной силой. Особый интерес для ученых представляет вопрос, может ли давление сильного взаимодействия остановить образование черных дыр.

Для исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal, ученые использовали вычислительные ресурсы, доступные в Национальном научно-исследовательском вычислительном центре энергетических исследований Министерства энергетики, Суперкомпьютерном центре Лейбница в Германии и Институте вычислений и науки о данных в Университете штата Пенсильвания.

Исследователи обнаружили, что остатки слияния нейтронных звезд состоят из центрального объекта, наделенного большей частью массы системы, окруженного кольцом горячей материи, находящейся в быстром вращении, которое содержит небольшую долю массы, но большую долю углового момента.

В отличие от большинства звезд, внутренний остаток имеет более высокую температуру на поверхности, чем в ядре, поэтому не ожидается образования конвективных шлейфов, поскольку остаток остывает за счет испускания нейтрино.

Это исследование является отправной точкой для выявления астрономических сигналов, которые могли бы помочь ответить на вопросы о нейтронных звездах и образовании черных дыр.

Больше информации: David Radice et al, Ab-initio General-relativistic Neutrino-radiation Hydrodynamics Simulations of Long-lived Neutron Star Merger Remnants to Neutrino Cooling Timescales, The Astrophysical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ad0235

Источник: US Department of Energy