Sciencemag.cz
Doporučujeme
Gravitační vlny byly poprvé detekovány v roce 2015 a velmi rychle poté získali vědci z observatoře LIGO za své výsledky i Nobelovu cenu. Od té doby se podařilo zachytit 90 signálů tohoto typu, vždy z interakce dvou černých děr nebo neutronových hvězd – nebo jejich kombinace. Fúzi černé díry a neutronové hvězdy odpovídají zatím tři signály. Astrofyzikové z Japonska a Německa se nyní na základě těchto záznamů pokusili celý proces komplexně namodelovat, a to od posledních oběhů dvojhvězdy před sloučením až po následující fázi. Výzkumný tým vedl Kota Hayashi z Yukawa Institute for Theoretical Physics na Kjótské univerzitě.
Vědci předpokládali, že při splynutí černé díry s neutronovou hvězdou dojde k vyvržení hmoty ze systému a k obrovskému uvolnění záření (které může zahrnovat i krátké gama záblesky). V rámci studie zkusili tyto předpovědi ověřit. Simulovali dva různé modelové systémy sestávající z rotující černé díry a neutronové hvězdy, přičemž černá díra měla hmotnost 5,4 a 8,1 hmotnosti Slunce a neutronová hvězda 1,35 hmotnosti Slunce. Tyto parametry byly zvoleny tak, aby neutronová hvězda byla přes samotným splynutím s větší pravděpodobností roztrhána slapovými silami. Proces fúze byl simulován pomocí počítačového clusteru Sakura na Max Planck Institute for Gravitational Physics v Postdamu.
Ukázalo se, že celý proces stihne proběhnout za 1–2 sekundy, alespoň podle simulací: od závěrečných obletů a narušení neutronové hvězdy slapovými silami, vyvržení hmoty (jet), až po vytvoření akrečního disku kolem černé díry a další výtrysk. „Tento vysokoenergetický jet je pravděpodobně také příčinou vzniku krátkých gama záblesků, jejichž původ je jinak stále záhadou. Výsledky simulací rovněž naznačují, že by se ve vyvržené hmotě měly syntetizovat těžké prvky, jako je zlato a platina,“ uvádí spoluautor studie Masaru Shibata z Max Planck Institute for Gravitational Physics.
Po roztrhání neutronové hvězdy pohltila v simulaci černá díra asi 80 % její hmoty (tedy cca 1 Slunce), 0,2 až 0,3 hmoty Slunce vytvořilo kolem černé díry akreční disk a zbytek byl vyvržen ze systému. Pak si černá díra přitáhla i akreční disk a vznikl další výtrysk hmoty i záření. Tento jet vycházel z pólů, podobně jako to často pozorujeme u aktivních galaktických jader, a mohl by vyústit i v krátký gama záblesk. Rychlé gama záblesky (short-lived gamma-ray bursts, GRB) jsou nejenergetičtějším zářením, které dosud známe.
Dalším cíle autorů tohoto výzkumu je otázka, jak se bude lišit fúze dvou neutronových hvězd. Očekává se, že krátké gama záblesky by mohly vznikat i v tomto případě.
General-relativistic neutrino-radiation magnetohydrodynamic simulation of seconds-long black hole-neutron star mergers
Kota Hayashi, Sho Fujibayashi, Kenta Kiuchi, Koutarou Kyutoku, Yuichiro Sekiguchi, and Masaru Shibata
Phys. Rev. D 106, 023008
Zdroj: Matt Williams: A Black Hole can Tear a Neutron Star Apart in Less Than 2 Seconds. UniverseToday.com
