Zespół kierowany przez Eliasa Mosta, astrofizyka z California Institute of Technology (Caltech), wykorzystał superkomputer Perlmutter znajdujący się w Lawrence Berkeley National Laboratory, aby przeanalizować, co się dzieje ułamek sekundy przed zderzeniem gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. Dzięki ogromnej mocy obliczeniowej superkomputera możliwe było precyzyjne odtworzenie zjawisk zachodzących w tych ekstremalnych warunkach – z dokładnością, jakiej nigdy wcześniej nie dało się osiągnąć.
Kiedy zwarta pozostałość po eksplozji supernowej – gwiazda neutronowa – zbliża się do czarnej dziury, zaczyna doświadczać dramatycznych zaburzeń grawitacyjnych. Potężna grawitacja czarnej dziury rozrywa skorupę gwiazdy neutronowej niczym silne trzęsienie ziemi na naszej planecie, oczywiście w nieporównanie większej skali. W efekcie powstają kolosalne i gwałtowne pęknięcia, które z kolei generują imponujące fale uderzeniowe rozchodzące się po całej gwieździe. Według badaczy mogą to być jedne z najbardziej energetycznych fal uderzeniowych we wszechświecie.
Czytaj także: Co za obserwacja. Czarna dziura rozerwała gwiazdę, a teraz jej szczątkami rzuca w kolejną gwiazdę
Symulacje wskazują, że takie fale wywołują silne zakłócenia w polu magnetycznym gwiazdy. W wyniku tego powstają fale Alfvéna – rodzaj drgań pola magnetycznego i plazmy – które mogą powodować emisję szybkich błysków radiowych (tzw. FRB – Fast Radio Bursts). Te trwające milisekundy sygnały rejestrujemy już od wielu lat za pomocą teleskopów, a mimo tego wciąż nie znamy ich źródła. Badania przeprowadzone przez naukowców z Caltech dostarczają przekonującej hipotezy, że przynajmniej część z tych błysków FRB może być “ostatnim krzykiem” gwiazdy neutronowej wciąganej do czarnej dziury.
Co więcej, symulacja wskazuje, że po pierwszej fali uderzeniowej może pojawić się druga, jeszcze silniejsza. Oznaczałoby to, że niektóre zderzenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi można rozpoznać dzięki wykryciu dwóch następujących po sobie szybkich błysków radiowych – pary sygnałów oddzielonych zaledwie o kilka milisekund.
Jednym z najbardziej zaskakujących wniosków jest fakt pojawienia się zjawiska określanego jako “pulsar czarnej dziury”. Pulsary to gwiazdy neutronowe obracające się wokół własnej osi, emitujące wiązki silnego promieniowania ze swoich biegunów magnetycznych. W symulowanej przez naukowców sytuacji czarna dziura, wchłaniając gwiazdę neutronową, pochłania także jej pole magnetyczne, którego musi się pozbyć. W efekcie powstaje błysk wysokoenergetycznego promieniowania – w zakresie promieniowania rentgenowskiego lub gamma – trwający zaledwie ułamek sekundy.
Czytaj także: Tak blisko jeszcze tego nie widzieliśmy. Pobliska czarna dziura właśnie pożarła gwiazdę
Powyższy opis brzmi naprawdę fascynująco. Nie udałoby się go jednak stworzyć bez najnowocześniejszego sprzętu obliczeniowego. Superkomputer Perlmutter, wyposażony w procesory graficzne (GPU), pozwolił na symulację złożonych zjawisk astrofizycznych z niespotykaną wcześniej dokładnością. Dzięki temu udało się odwzorować nie tylko fizykę łączenia się tych dwóch ekstremalnych rodzajów obiektów kosmicznych, ale także przewidzieć możliwe sygnały, jakie towarzyszą ich zderzeniu.
Wyniki opublikowane w The Astrophysical Journal Letters oferują nowy sposób identyfikacji takich zjawisk we Wszechświecie. Pomóc w tym może rozwijana obecnie w Nevadzie sieć 2000 radiowych anten Caltechu, która ma być wystarczająco czuła, by rejestrować nawet najkrótsze i najsłabsze rozbłyski radiowe. Jeśli te przewidywania się potwierdzą, astronomowie zyskają unikalne narzędzie do obserwowania jednych z najbardziej gwałtownych wydarzeń w kosmosie.