Вчені змоделювали зародження чорної діри у лабораторних умовах

Науковці створили найтривалішу та найскладнішу комп’ютерну симуляцію зіткнення двох нейтронних зірок, яка моделює процес утворення чорної діри та потужного релятивістського джета. Такий прорив допоможе значно покращити майбутні спостереження цих подій, адже їхнє дослідження багато в чому ґрунтується на теоретичній підтримці та точних розрахунках.

Нейтронні зірки — це залишки масивних зірок після вибуху наднової. Вони мають надзвичайно високу густину: чайна ложка такої матерії важить як гора. Зіткнення нейтронних зірок супроводжується потужними викидами гравітаційних хвиль, гамма-спалахом, а також породжує важкі хімічні елементи (зокрема золото і платину) та викид нейтрино.

Симуляція, виконана на японському суперкомп’ютері Fugaku, охоплює 1,5 секунди реального часу й забрала 130 мільйонів годин обчислень. Вчені змоделювали пару зірок масою 1,25 і 1,65 сонячних, які за цей час здійснюють п’ять обертів одна навколо одної, втрачаючи енергію у вигляді гравітаційних хвиль. У момент зіткнення виникає чорна діра, а речовина навколо неї формує акреційний диск та викидається в простір у вигляді потужного струменя (джета).

Результати симуляції збігаються з попередніми астрономічними спостереженнями, зокрема щодо виникнення гамма-спалахів і формування хмари з важких елементів (кілонова). Вперше вдалося детально змоделювати динаміку магнітного поля під час події, а також підтвердити очікуване випромінювання нейтрино, яке ще не було зафіксовано спостереженнями.

Свіжа наукова робота дозволяє не лише перевірити ключові теорії щодо фізики зіткнення нейтронних зірок, а й глибше зрозуміти походження важких елементів у Всесвіті. Повний опис дослідження опублікований у журналі Physical Review Letters.