Обнаруженные в 2019 году гравитационные волны указали на столкновение необычайно тяжелой пары нейтронных звезд. Их общая масса составила 3,4 массы Солнца. «Это была довольно тяжелая система, подобной которой мы раньше не видели», — отмечает астрофизик Кота Хаяши из Института гравитационной физики Макса Планка в Потсдаме. Однако последующее наблюдение в 2020 году не выявило ожидаемых электромагнитных сигналов, таких как гамма-всплеск.
Это отсутствие поставило перед учеными загадку: почему мощный выброс энергии (джет), обычно сопровождающий рождение черной дыры при слиянии нейтронных звезд, не был обнаружен? Чтобы раскрыть механизм формирования джета в столь массивной системе, команда Хаяши провела детальное компьютерное моделирование. Работа опубликована 30 мая в журнале Physical Review Letters.
Моделирование воспроизвело слияние двух нейтронных звезд разной массы — 1,25 и 1,65 солнечных масс. Расчеты на суперкомпьютере охватили события вплоть до 1,5 секунд после столкновения. Звезды, теряя орбитальную энергию через гравитационные волны, сближались по спирали и сливались. Результат был мгновенным и катастрофическим: вся система немедленно коллапсировала в черную дыру.
Судьба звезд оказалась разной. Более тяжелая звезда была поглощена новорожденной черной дырой целиком. Более легкая звезда была разорвана чудовищными приливными силами. Ее остатки образовали быстро вращающийся аккреционный диск из раскаленной материи, окружающий черную дыру.
Ключом к запуску джета стало магнитное поле легкой звезды. Оно пережило катаклизм. Вещество диска вращалось с разной скоростью: быстрее у центра, медленнее у краев. Это дифференциальное вращение растянуло магнитное поле, буквально «обмотав» им черную дыру. «Магнитное поле растягивается вокруг этой черной дыры», — поясняет Хаяши.
Напряженное поле концентрировалось у полюсов черной дыры, перпендикулярно диску. Оно проникло вдоль оси вращения черной дыры. Энергия вращения (спин) черной дыры послужила мощным усилителем. Исходно скромное поле, размером около 10 километров, было колоссально усилено и масштабировано.
Результатом стало формирование «вихревого магнитного поля», простирающегося на тысячи километров от каждого полюса черной дыры. Это поле действовало как катапульта и направляющая. Система выбросила биполярный релятивистский джет — два узких пучка вещества диска, вылетающих из полюсов почти со скоростью света.
Этот джет, разогнанный и сфокусированный магнитным вихрем, является источником экстремального излучения. «В конечном итоге он засияет как то, что называют гамма-всплеском», — говорит Хаяши. Гамма-всплески остаются ярчайшими электромагнитными событиями в известной Вселенной. Моделирование Хаяши раскрыло точный механизм, превращающий хаос слияния в узконаправленный луч космического света.
Изображение носит иллюстративный характер
Это отсутствие поставило перед учеными загадку: почему мощный выброс энергии (джет), обычно сопровождающий рождение черной дыры при слиянии нейтронных звезд, не был обнаружен? Чтобы раскрыть механизм формирования джета в столь массивной системе, команда Хаяши провела детальное компьютерное моделирование. Работа опубликована 30 мая в журнале Physical Review Letters.
Моделирование воспроизвело слияние двух нейтронных звезд разной массы — 1,25 и 1,65 солнечных масс. Расчеты на суперкомпьютере охватили события вплоть до 1,5 секунд после столкновения. Звезды, теряя орбитальную энергию через гравитационные волны, сближались по спирали и сливались. Результат был мгновенным и катастрофическим: вся система немедленно коллапсировала в черную дыру.
Судьба звезд оказалась разной. Более тяжелая звезда была поглощена новорожденной черной дырой целиком. Более легкая звезда была разорвана чудовищными приливными силами. Ее остатки образовали быстро вращающийся аккреционный диск из раскаленной материи, окружающий черную дыру.
Ключом к запуску джета стало магнитное поле легкой звезды. Оно пережило катаклизм. Вещество диска вращалось с разной скоростью: быстрее у центра, медленнее у краев. Это дифференциальное вращение растянуло магнитное поле, буквально «обмотав» им черную дыру. «Магнитное поле растягивается вокруг этой черной дыры», — поясняет Хаяши.
Напряженное поле концентрировалось у полюсов черной дыры, перпендикулярно диску. Оно проникло вдоль оси вращения черной дыры. Энергия вращения (спин) черной дыры послужила мощным усилителем. Исходно скромное поле, размером около 10 километров, было колоссально усилено и масштабировано.
Результатом стало формирование «вихревого магнитного поля», простирающегося на тысячи километров от каждого полюса черной дыры. Это поле действовало как катапульта и направляющая. Система выбросила биполярный релятивистский джет — два узких пучка вещества диска, вылетающих из полюсов почти со скоростью света.
Этот джет, разогнанный и сфокусированный магнитным вихрем, является источником экстремального излучения. «В конечном итоге он засияет как то, что называют гамма-всплеском», — говорит Хаяши. Гамма-всплески остаются ярчайшими электромагнитными событиями в известной Вселенной. Моделирование Хаяши раскрыло точный механизм, превращающий хаос слияния в узконаправленный луч космического света.
