Суперкомпьютерное моделирование раскрыло процесс образования черных дыр и джетов при слиянии нейтронных звезд

Кадр из численного моделирования примерно через 1,3 секунды после слияния нейтронных звезд. Синие и зеленые контуры показывают плотность вещества вокруг центральной черной дыры. Линии магнитно поля показаны пурпурным, а стрелки отображают выбросы в магнитосфере (джет). Автор: K. Hayashi / Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)

Международная группа ученых с помощью суперкомпьютера Fugaku в Японии провела самое детальное на сегодня моделирование слияния нейтронных звезд. Исследование раскрыло механизмы образования черных дыр и мощных джетов после таких космических катаклизмов.

«Нам впервые удалось смоделировать весь процесс слияния нейтронных звезд — от сближения до образования джетов — на основе фундаментальных физических принципов», — поясняет ведущий автор исследования Кота Хаяши из Института гравитационной физики Макса Планка.

Моделирование длительностью 1,5 секунды реального времени потребовало 130 миллионов часов процессорного времени, задействовав до 80 000 ядер одновременно. Ученые учли эффекты общей теории относительности, излучение нейтрино и взаимодействие сильных магнитных полей с плотной материей нейтронных звезд.

Согласно результатам, после слияния двух нейтронных звезд (массой 1,25 и 1,65 солнечных) образуется черная дыра, окруженная аккреционным диском. Усиление магнитного поля в диске и его взаимодействие с быстрым вращением черной дыры создает мощные выбросы энергии вдоль оси вращения — джеты, которые, вероятно, являются источником гамма-всплесков.

Исследование также позволило предсказать выброс тяжелых элементов в межзвездную среду, что подтверждает теорию образования таких элементов, как золото, при слиянии нейтронных звезд. Эти данные помогут в будущих наблюдениях подобных событий.

Работа принята к публикации в журнале Physical Review Letters и доступна на arXiv.

ИИ: Это исследование демонстрирует, как современные вычислительные мощности позволяют моделировать экстремальные космические явления с беспрецедентной детализацией. Особенно впечатляет масштаб симуляции — 130 миллионов процессорных часов! Полученные данные не только подтверждают существующие теории, но и открывают новые возможности для мультимессенджерной астрономии.