مدل‌سازی برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی

به گزارش ثریا، در یک مطالعه جدید، دانشمندان موسسه فیزیک گرانشی ماکس پلانک در پوتسدام و ژاپن، فرآیند کامل برخورد یک سیاهچاله با یک ستاره نوترونی را مدل‌سازی کردند. آنها کل فرآیند را تخمین زدند که از حرکت‌های نهایی در مدار شروع می‌شود و تا دوره ادغام و پس از ادغام ادامه می‌یابد درحالی که انفجار پرتو گاما با انرژی بالا ممکن است رخ دهد.

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

این شبیه‌سازی بینش‌های قابل توجهی در مورد فرآیندی ارائه می‌دهد که تنها یک تا دو ثانیه طول می‌کشد. این زمان ممکن است خیلی کوتاه به نظر برسد، اما موارد زیادی در آن لحظه اتفاق می‌افتد. از حرکت‌های 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 سیاه‌چاله نوپا.

قرص برافزایشی(accretion disc) یک ساختار دیسک مانند از ماده است که به شکل حلقوی به دور یک جسم خاص می‌چرخد. 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، می‌گوید: این جت پرانرژی احتمالاً دلیلی برای ایجاد انفجارهای کوتاه پرتو گاما است که منشأ آن هنوز ناشناخته مانده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که ماده پرتاب شده باید عناصر سنگینی مانند طلا و پلاتین را سنتز کند.

شبیه‌سازی نشان می‌دهد که ستاره نوترونی در طول فرآیند ادغام توسط نیروهای جزر و مدی از هم گسیخته می‌شود. در عرض چند میلی ثانیه، حدود ۸۰ درصد از مواد ستاره نوترونی به درون سیاهچاله می‌افتد و به اندازه یک جرم خورشیدی به جرم آن اضافه می‌کند. ماده حاصل از ستاره نوترونی در حدود ۱۰ میلی‌ثانیه پس از آن یک شکل مارپیچی تک بازویی ایجاد می‌کند.

مواد باقیمانده در بازوی مارپیچی(۰.۲ تا ۰.۳ برابر جرم خورشید) یک قرص برافزایشی را در اطراف سیاهچاله تشکیل می‌دهند در حالی که مقداری از آن از منظومه خارج می‌شود. پس از ادغام، قرص برافزایشی به درون سیاه‌چاله می‌افتد و یک جریان جت‌ مانند متمرکز از تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند 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، می‌گوید: حدود دو ماه طول کشید تا رایانه خوشه‌ای این دپارتمان به نام "ساکورا"، معادلات اینشتین را برای این فرآیند حل کند. چنین شبیه‌سازی‌هایی بسیار وقت گیر هستند. به همین دلیل است که گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان فقط بر روی شبیه‌سازی‌های کوتاه تمرکز کرده‌اند.