Dva mesiace na proces, ktorý trvá dve sekundy: Jedinečná simulácia ukazuje osudový stret hviezdy s čiernou dierou
Po prvýkrát v histórii dokázali vedci v jednej simulácii zachytiť stret hviezdy s čiernou dierou od začiatku až po koniec.
Čo sa stane, keď sa zrazí čierna diera s neutrónovou hviezdou? Výskumníci z inštitútu Maxa Plancka po prvýkrát v histórii získali vďaka počítačovým simuláciám úplný obraz o tomto procese, ktorý sa končí zánikom neutrónovej hviezdy.
Simulácie im ukázali celú situáciu – od poslednej nestabilnej obežnej dráhy hviezdy až po moment, kedy sa dva objekty zlúčia. Svoju prácu zakladali na gravitačných vlnách, ktoré po prvýkrát zachytilo observatórium LIGO v roku 2015. Odvtedy vedci zaznamenali 90 signálov pochádzajúcich z binárnych sústav dvoch čiernych dier, dvoch neutrónových hviezd alebo kombinácii týchto objektov. Ak v procese zlúčenia dvoch objektov vystupuje neutrónová hviezda, okrem gravitačných vĺn astronómovia dokážu pozorovať dej aj v elektromagnetickom spektre.
V prípade zlúčenia neutrónovej hviezdy s čiernou dierou vedci zatiaľ nezaznamenali popri gravitačných vlnách žiadne elektromagnetické žiarenie, domnievajú sa ale, že tento dej vytvára krátke no intenzívne záblesky gama lúčov.
Vedci vo svojej práci využili počítačové modely dvoch rozličných binárnych sústav skladajúcich sa z čiernej diery a neutrónovej hviezdy. Hmotnosť čiernej diery sa v oboch prípadoch líšila, v jednej simulácii bola 5.4-násobku hmotnosti Slnka a v druhej 8.1-násobku hmotnosti Slnka. Čo sa neutrónovej hviezdy týka, jej hmotnosť sa nemenila a bola 1.35-násobok hmotnosti Slnka. Simulácie následne ukázali ako čierna diera hviezdu roztrhala na kusy.
„Získali sme viac informácií o procese, ktorý trvá približne jednu alebo dve sekundy. Neznie to síce ako veľa, no aj počas tohto krátkeho úseku sa deje množstvo významných vecí,“ vysvetľuje Masaru Shibata, jeden z autorov štúdie.
Agresívny proces
Počas tohto procesu vznikajú záhadné vysokoenergetické záblesky gama žiarenia a vedci sa domnievajú, že hmota ktorá unikne, dokáže syntetizovať ťažké prvky, napríklad zlato a platinu. Simulácia vedcom ukázala, že počas procesu zlúčenia je neutrónová hviezda roztrhnutá na kusy slapovými silami. Následne do útrob čiernej diery padne približne 80% materiálu. Čierna diera v okamihu nadobudne hmotnosť rovnajúcu sa hmotnosti Slnka.
Neprehliadnite
V časovom rozmedzí 10 milisekúnd hmota neutrónovej hviezdy vytvorí špirálovitú štruktúru a časť unikne do vesmíru. Ostatok hmoty vytvorí akrečný disk – prstenec hmoty, ktorá pomaly padá do útrob čiernej diery. Keď sa hmota z akrečného disku dostáva do čiernej diery, vzniká prúd elektromagnetickej radiácie unikajúci z pólov čiernej diery. V tomto prúde môžu vznikať aj záblesky gama lúčov.
„Počítačom trvalo približne dva mesiace kým vyriešili Einsteinove rovnice pre proces trvajúci dve sekundy,“ tvrdia autori štúdie.
Nová simulácia je však prvou svojho druhu a ponúka úplný obraz o tom, ako prebieha zlúčenie hviezdy s čiernou dierou. Autori štúdie zároveň vysvetľujú, že len úplné simulácie im umožnia pochopiť ako vznikajú rôzne vesmírne fenomény, napríklad záblesky gama lúčov.
Komentáre