Cientistas modelaram o processo completo da colisão de um buraco negro com uma estrela de nêutrons

Cientistas modelaram o processo completo da colisão de um buraco negro com uma estrela de nêutrons

Em um novo estudo, cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional em Potsdam e no Japão modelaram o processo completo de colisão de um buraco negro com uma estrela de nêutrons. Eles estimaram todo o processo, começando com as órbitas finais e continuando até o período de fusão e pós-fusão, quando explosões de raios gama de alta energia podem acontecer.

Em particular, eles escolheram dois modelos diferentes sistemas que envolvem um buraco negro em rotação e uma estrela de nêutrons. Eles definiram 1. massas dos buracos negros em 5,4 e 8,1 massas solares e 2. massa de estrela de nêutrons como 1,35 massas solares.

Eles definiram esses parâmetros porque a estrela de nêutrons poderia ser rasgada separados por forças de maré.

A simulação oferece insights significativos sobre um processo que dura de um a dois segundos. Pode parecer muito curto, mas muita coisa acontece nesse momento: desde as órbitas finais e a ruptura da estrela de nêutrons pelas forças das marés, a ejeção de matéria, até a formação de um disco de acreção ao redor do buraco negro nascente e mais ejeção. da matéria em um jato.

Masaru Shibata, diretor do Departamento de Astrofísica Relativística Computacional do Instituto Max Planck de Física Gravitacional em Potsdam, disse, jet é provavelmente também uma razão para rajadas curtas de raios gama, cuja origem ainda é misteriosa. Os resultados da simulação indicam que a matéria ejetada deve sintetizar elementos pesados ​​como ouro e platina.”

A simulação mostra que a estrela de nêutrons é dilacerada por forças de maré durante a processo de fusão. Dentro de alguns milissegundos, cerca de 80% do material da estrela de nêutrons cai no buraco negro, adicionando uma massa solar à sua massa. A matéria da estrela de nêutrons cria uma forma espiral de um braço nos próximos dez milissegundos.

O material restante no braço espiral (0,2 a 0,3 massas solares) forma um anel de acreção ao redor do buraco negro enquanto parte dele é ejetado do sistema. Após a fusão, o disco de acreção cai no buraco negro, criando um jato de radiação eletromagnética focado que pode eventualmente resultar em uma breve explosão de raios gama.

Dr. Kenta Kiuchi, líder do grupo no departamento de Shibata, que desenvolveu o código, disse: “O computador cluster do departamento “Sakura” levou cerca de dois meses para resolver as equações de Einstein para o processo, o que leva cerca de dois segundos. Tais simulações relativísticas gerais são muito demoradas. É por isso que grupos de pesquisa em todo o mundo têm focado apenas em simulações curtas.”

“Em contraste, uma simulação de ponta a ponta, como a que realizamos agora para pela primeira vez, fornece uma imagem auto-consistente de todo o processo para determinadas condições iniciais binárias que são definidas uma vez no início.”

Maganar Diary:

  • Kota Hayashi, Sho Fujibayashi et al. Simulação magnetohidrodinâmica de radiação de neutrinos relativista geral de fusões de estrelas de nêutrons de buracos negros de segundos. Física Rev. D 106, 023008 – Publicado em 8 de julho de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevD.106.023008

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