برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی مدل سازی شد

دانشمندان روند کامل برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی را مدل سازی کرده اند.

به گزارش ایسنا به نقل از تک اکسپلوریست، در یک مطالعه جدید، دانشمندان موسسه فیزیک گرانشی ماکس پلانک در پوتسدام و ژاپن، فرآیند کامل برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی را مدل سازی کردند. آنها کل فرآیند را تخمین زدند که از حرکت های نهایی در مدار شروع می شود و تا دوره ادغام و پس از ادغام ادامه می یابد درحالی که انفجار پرتو گاما با انرژی بالا امکان دارد رخ دهد.

به طور خاص، آن ها دو مدل متفاوت را انتخاب کردند که شامل یک سیاهچاله در حال چرخش و یک ستاره نوترونی است. آنها جرم سیاهچاله ها را به اندازه ی ۵.۴ و ۸.۱ برابر جرم خورشید و جرم ستاره نوترونی را برابر با ۱.۳۵ جرم خورشید در نظر گرفتند.

این شبیه سازی بینش های قابل توجهی در مورد فرآیندی ارائه می دهد که تنها یک تا دو ثانیه طول می کشد. این زمان امکان دارد خيلي کوتاه بنظر برسد، ولی موارد زيادي در آن لحظه اتفاق می افتد. از حرکت های نهایی در مدار و از هم گسیختگی ستاره نوترونی توسط نیروهای جزر و مدی گرفته تا پرتاب ماده و تشکیل یک قرص برافزایشی در اطراف سیاه چاله نوپا.

قرص برافزایشی (accretion disc) یک ساختار دیسک مانند از ماده است که به شکل حلقوی به دور یک جسم خاص می چرخد. این جسم میتواند یک ستاره جوان، یک کوتوله سفید، یک ستاره نوترونی یا یک سیاهچاله باشد.

ماسارو شیباتا (Masaru Shibata)، مدیر بخش اخترفیزیک در مؤسسه فیزیک گرانشی ماکس پلانک در پوتسدام، می گوید:این جت پرانرژی احتمالاً دلیلی برای ایجاد انفجارهای کوتاه پرتو گاما است که منشأ آن هنوز ناشناخته مانده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ماده پرتاب شده باید عناصر سنگینی مانند طلا و پلاتین را سنتز کند.

شبیه سازی نشان می دهد که ستاره نوترونی در طول فرآیند ادغام توسط نیروهای جزر و مدی از هم گسیخته می شود. در عرض چند میلی ثانیه، حدود ۸۰ درصد از مواد ستاره نوترونی به درون سیاهچاله می افتد و به اندازه یک جرم خورشیدی به جرم آن اضافه می کند. ماده حاصل از ستاره نوترونی در حدود ۱۰ میلی ثانیه پس از آن یک شکل مارپیچی تک بازویی ایجاد می کند.

مواد باقی مانده در بازوی مارپیچی (۰.۲ تا ۰.۳ برابر جرم خورشید) یک قرص برافزایشی را در اطراف سیاهچاله تشکیل می دهند در حالی که مقداری از آن از منظومه خارج می شود. پس از ادغام، قرص برافزایشی به درون سیاه چاله می افتد و یک جریان جت مانند متمرکز از تابش الکترومغناطیسی ایجاد می کند که ممکن است در نهایت به ایجاد انفجار کوتاه مدت پرتو گاما منجر شود.

دکتر کنتا کیوچی (Kenta Kiuchi)، رهبر گروه در بخش شیباتا، که این کد را توسعه داده است، می گوید:حدود دو ماه طول کشید تا رایانه خوشه ای این دپارتمان به نام "ساکورا"، معادلات اینشتین را برای این فرآیند حل کند. چنین شبیه سازی هایی بسیار وقت گیر هستند. به همین دلیل است که گروه های تحقیقاتی در سراسر جهان فقط بر روی شبيه سازي های کوتاه تمرکز کرده اند.