Астрофизики уничтожают виртуальные звезды, чтобы симулировать рождение черных дыр

Ни одна настоящая звезда не пострадала…

Используя ресурсы одного из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, астрофизики из Австралии смоделировали последние дни очень больших звезд с массами, многократно превышающими массы Солнца. Их моделирование дает новое ценное представление о том, как массивные звезды заканчиваются взрывом, когда они взрываются в событиях сверхновых, и как черные дыры и нейтронные звезды поднимаются из пепла.

Космический хаос внутри компьютерного чипа

Ультрасовременный суперкомпьютер OzSTAR в Технологическом университете Суинберна сократил числа для различных симуляций, которые моделировали коллапс ядра трех звезд. Эти виртуальные звезды в 39, 20 и 18 раз массивнее Солнца соответственно.

Когда такие массивные звезды достигают конца своих жизненных циклов, они обычно испытывают сверхновую с коллапсом ядра. Когда это происходит, они превращаются в одни из самых ярких объектов во вселенной. И после этого они готовы стать нейтронными звездами или черными дырами. Кстати, читайте также про нейтронные звезды, которые немного недоросли до черных дыр.

Эта чрезвычайно драматическая звездная смерть также порождает гравитационные волны, чья подпись может информировать астрофизиков о том, как рождаются как черные дыры, так и нейтронные звезды – это было главной целью этого моделирования.

Например, в 2017 году  астрономы обнаружили космическое катастрофическое событие: слияние двух нейтронных звезд 130 миллионов лет назад. Сила столкновения была настолько сильна, что буквально потрясла ткань пространства-времени, создавая гравитационные волны, которые в конечном итоге достигли Земли, где они были обнаружены. Две нейтронные звезды либо слились в огромную одиночную нейтронную звезду, либо упали в черную дыру.

Но для того, чтобы обнаружить различия сверхновых коллапса ядра от гравитационных волн, ученые должны знать, как будут выглядеть такие сигналы. Новое моделирование смоделировало сложную физику, сообщая ученым, какие сигналы им следует ожидать в своих детекторах при взрыве звезды.

«Наши модели в 39, 20 и 18 раз массивнее нашего Солнца. Модель с 39 солнечными массами важна, потому что она вращается очень быстро, и большинство предыдущих длительных симуляций сверхновой и коллапса ядра не включают в себя эффекты вращения», – сказала Джейд Пауэлл, научный сотрудник OzGrav.

Согласно результатам, которые были описаны в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, две самые массивные виртуальные звезды генерировали взрывы, приводимые в действие нейтрино, тогда как самая маленькая виртуальная звезда вообще не взрывалась.

Такие звезды, которые не имеют полностью сверхновой, излучают гравитационные волны с более низкой амплитудой, но их частота все еще находится в пределах обнаруживаемых диапазонов используемых в настоящее время детекторами.

Результаты также свидетельствуют о том, что взрывающиеся звезды, создающие большие амплитуды гравитационных волн, могут быть обнаружены детекторами следующего поколения, такими как предстоящий телескоп Эйнштейна.

«Мы впервые показали, что вращение изменяет связь между частотой гравитационных волн и свойствами вновь образующейся нейтронной звезды», – объясняет Пауэлл.

DOI: 10.1093/mnras/staa1048

Вас также может заинтересовать:

• Наше Солнце менее активно, чем другие звезды солнечного типа
• Астрономы обнаружили самую близкую к Земле черную дыру
• Изображения показывают формирование планет