Sudar neutronskih zvijezda jedan je od najdramatičnijih događaja u svemiru – eksplozija titanskih ostataka umirućih zvijezda koja šalje odjeke kroz prostor i vrijeme. No da bismo te kozmičke signale mogli prepoznati i razumjeti, znanstvenici moraju znati točno što traže. Upravo to sada omogućuje nova simulacija japanskog superračunala Fugaku – najdetaljniji prikaz jednog takvog sudara do danas.
U suradnji s Max Planck institutom za gravitacijsku fiziku u Potsdamu, tim astrofizičara uspio je rekonstruirati cijeli proces – od spiralnog približavanja dviju neutronskih zvijezda, preko njihovog sudara i nastanka crne rupe, pa sve do pojave snažnih mlazova koji mogu stvoriti gama-izljeve.
Simulacija koja je promijenila igru
“Predvidjeti signale iz sudara binarnih neutronskih zvijezda iz temelja – bez unaprijed zadanih pretpostavki – iznimno je teško. No upravo to smo uspjeli,” objašnjava dr. Kota Hayashi, postdoktorand u Odjelu za računalnu relativističku astrofiziku. “Korištenjem superračunala Fugaku proveli smo najdužu i najsloženiju simulaciju do sada.”
Simulacija je trajala 1,5 sekundi stvarnog vremena i zahtijevala čak 130 milijuna procesorskih sati, koristeći između 20.000 i 80.000 jezgri u svakom trenutku. U obzir su uzeti efekti opće teorije relativnosti, emisija neutrina, te djelovanje snažnih magnetskih polja unutar materije velikih gustoća.
Od spiralnog plesa do kolapsa u crnu rupu
Simulacija je započela s dvije neutronske zvijezde mase 1,25 i 1,65 masa Sunca, koje orbitiraju jedna oko druge. Kako gube energiju kroz gravitacijske valove, njihova se orbita smanjuje i dolazi do sudara. Zbog njihove ukupne mase, ostatak odmah kolabira u crnu rupu – i to je tek početak.
“Ova simulacija po prvi put prati cijeli razvojni tijek binarnog sustava: spiralno približavanje, sudar, post-sudarnu fazu i formiranje mlaza,” kaže Hayashi. “To nam daje cjelovitu sliku i dragocjene informacije za buduća promatranja ovakvih događaja.”
Nakon sudara, oko novonastale crne rupe formira se disk materije. Unutar diska, magnetsko polje se intenzivira zbog uvijanja silnica i učinaka dinama. U interakciji s brzim rotacijama crne rupe, to polje stvara energetski mlaz duž rotacijske osi.
Ključ za razumijevanje gama-izljeva i kilonova
“Vjerujemo da taj energetski mlaz uzduž osi crne rupe, koji pokreće magnetsko polje, stvara izljev gama-zraka,” ističe prof. Masaru Shibata, voditelj odjela. “To je u skladu s ranijim promatranjima i daje nam dublji uvid u fiziku neutronskih sudara.”
Osim gravitacijskih valova, simulacija je omogućila i predviđanje emisije neutrina – još jednog ključnog signala za tzv. multi-messenger astronomiju, granu koja kombinira podatke iz različitih izvora: svjetlosti, gravitacijskih valova i čestica.
Jedna od važnijih implikacija ove simulacije jest i mogućnost predviđanja tzv. kilonove – sjajnog oblaka plina i prašine bogatog teškim elementima, koji se izbacuje u međuzvjezdani prostor nakon sudara.
Od teorije do potvrde: kako je otkriveno zlato iz svemira
Znanstvenici su prvi takav događaj detektirali 17. kolovoza 2017., kada su gravitacijski valovi zabilježili sudar dviju neutronskih zvijezda. Ubrzo nakon toga, teleskopi širom svijeta promatrali su svjetlosni signal i otkrili prisutnost elemenata poput zlata – elemenata težih od željeza.
Do tada je bilo teoretski predviđeno da takvi elementi nastaju upravo u kilonovama, no tek je 2017. ta hipoteza dobila potvrdu. U unutrašnjosti običnih zvijezda mogu nastati samo elementi lakši od željeza; sve iznad toga – uključujući zlato i platinu – potječe iz najekstremnijih eksplozija svemira.
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
