Powstała najdłuższa i najbardziej szczegółowa symulacja połączenia gwiazd neutronowych

3 czerwca 2025, 10:42 | Astronomia/fizyka

Najdłuższa i najbardziej szczegółowa w historii symulacja połączenia się dwóch gwiazd neutronowych pokazuje, jak powstają czarne dziury i rodzą się dżety. Autorami symulacji są członkowie międzynarodowego zespołu badawczego, na czele którego stali naukowcy z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej im. Maxa Plancka. Jej stworzenie wymagało 130 milionów godzin pracy procesorów, a symulacja – tak szczegółowo, jak to możliwe – obrazuje to, co dzieje się w ciągu... 1,5 sekundy.

Łączące się gwiazdy neutronowe są dla astronomów niezwykle interesującym celem badań. W procesie tym dochodzi do emisji fal grawitacyjnych, neutrin i fal elektromagnetycznych.

Podczas jej przygotowywania twórcy symulacji wzięli pod uwagę zjawiska opisane w ogólnej teorii względności, oddziaływanie strumieni neutrin czy magnetohydrodynamikę. Wszystkie je możemy rejestrować i badać, pogłębiając naszą wiedzę o kosmosie.

A dzięki symulacjom komputerowym możemy lepiej zrozumieć pochodzenie i powstawanie tych sygnałów.
Uczeni wykorzystali do symulacji japoński superkomputer Fugaku, który w latach 2020–2022 był najpotężniejszym superkomputerem na świecie. W każdym momencie tworzenia symulacji jednocześnie pracowało od 20 do 80 tysięcy procesorów. Dzięki tak potężnej mocy obliczeniowej możliwe było uwzględnienie zjawisk opisanych przez ogólną teorię względności, emisji neutrin czy zjawisk magnetohydrodynamicznych.

Symulacja opisuje dwie gwiazdy neutronowe, o masie 1,25 i 1,65 razy większej od masy Słońca, które okrążają się 5-krotnie. Wówczas pojawiają się pierwsze sygnały, które potrafimy badań na Ziemi, czyli fale grawitacyjne. Następnie dochodzi do połączenia gwiazd, w wyniku czego powstaje czarna dziura otoczona dyskiem materiału. W dysku, w wyniku efektu dynama magnetohydrodynamicznego i obrotu czarnej dziury, dochodzi do szybkiego wzmocnienia pola magnetycznego. To powoduje odpływ energii wzdłuż osi obrotu czarnej dziury.

Sądzimy, że to ten odpływ energii napędzany przez pole magnetyczne, zasila rozbłyski gamma. To by się zgadzało z tym, co wiemy z dotychczasowych obserwacji i wzbogaca naszą wiedzę o zjawiskach zachodzących podczas łączenia się gwiazd neutronowych, stwierdził Masaru Shibata, dyrektor wydziału Obliczeniowej Astrofizyki Relatywistycznej. Dalsza część symulacji pokazała spodziewaną emisję neutrin, dostarczyła informacji na temat ilości materii wyrzucanej w przestrzeń międzygwiezdną oraz wskazała na możliwość pojawienia się kilonowej, w wyniku której wytwarzane są wielkie ilości metali ciężkich.

To, czego się właśnie dowiedzieliśmy o tworzeniu się dżetów i dynamice pola magnetycznego jest kluczowe do zinterpretowania i zrozumienia łączenia się gwiazd neutronowych oraz towarzyszących temu zjawisk, dodaje Shibata.

Źródło: Jet from Binary Neutron Star Merger with Prompt Black Hole Formation

symulacja gwiazdy neutronowe superkomputer