Суперкомпьютеры помогли понять механизм появления черных дыр

Несмотря на постоянное совершенствование технологий сканирования космоса, современные телескопы могут ответить не на все вопросы ученых. Тогда на помощь приходят суперкомпьютеры. С помощью серии экспериментов на нескольких суперкомпьютерах ученым из Пенсильванского университета удалось смоделировать появление черной дыры при столкновении двух нейтронных звезд и определить признаки, по которым такое столкновение можно зафиксировать в космосе.

Нейтронные звезды имеют массу от 1,2 до 3 масс Солнца и при этом по размерам сопоставима с небольшим городом. Более легкие звезды остаются белыми карликами, а более тяжелые – схлопываются в черную дыру. Когда две нейтронных звезды сталкиваются, они становятся черной дырой. Поскольку черные дыры не испускают никакого излучения, астрономам долгое время не удавалось зафиксировать это явление.

Слияние нейтронных звезд удалось зарегистрировать лишь с появлением Лазерного гравитационно-волнового интерферометра (LIGO), с помощью которого были открыты гравитационные волны, образовавшиеся при столкновении двух черных дыр. Этот прибор зафиксировал столкновение нейтронных звезд в 2017 и в 2019 году. Однако, если в первом случае звезды были примерно одинаковыми по массе и схлопнулись «тихо», то во втором их масса отличалась почти в два раза, а столкновение сопровождалось мощным электромагнитным излучением.

Чтобы понять, почему это происходит, слияния нейтронных звезд были смоделированы на суперкомпьютерах. Как пишет Science Node, в ходе исследования было проведено около 20 симуляций столкновения нейтронных звезд, каждая потребовала нескольких недель вычислений. В работе были задействованы несколько суперкомпьютеров, в том числе XSEDE Stampede2 в Техасском центре передовых вычислений, Blue Waters в Национальном центре суперкомпьютерных приложений, а также Comet в суперкомпьютерном центре Сан-Диего и Bridges в суперкомпьютерном центре Питтсбурга.

В ходе компьютерного моделирования выяснилось, что звезда-жертва сливается с более крупной звездой не сразу, часть ее вещества продолжает двигаться вокруг только что образовавшейся черной дыры, образуя мощные электромагнитные импульсы, которые можно зафиксировать с Земли. Это открытие позволит астрономам фиксировать столкновения нейтронных звезд по электромагнитному излучения, что существенно расширит масштабы наблюдений.

Ранее «Профиль» писал, что наблюдение за нейтронными звездами приближает ученых к разгадке свойств темной материи и помогает уточнить законы физики.