Ученые убивают звезды в компьютерной симуляции. Но зачем?
Чтобы разгадать тайны черных дыр, команда австралийских астрофизиков имитирует виртуальные звезды — а затем неоднократно убивает их. Но обо всем по порядку: 12 апреля 2019 года обсерватории LIGO и VIRGO обнаружили гравитационные волны – рябь в пространстве-времени, которая появилась в результате необычного космического происшествия – слияния двух черных дыр. В отличие от десяти ранее описанных случаев, в которых две черные дыры имели равную или почти равную массу, в этом событии, названном GW190412, столкнулись две разные черные дыры: масса одной из них превышала массу другой в три или четыре раза. Напомню, что черные дыры – это последняя стадия эволюции массивных звезд, которая может длиться миллионы лет. Вот почему компьютерная симуляция может многое рассказать ученым об экстремальных космических событиях.
Слияние черных дыр
Ученые из ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) представили миру альтернативное объяснение недавно открытого слияния черных дыр. Статья опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters. Согласно полученным результатам, если изолированные парные звезды, вращающиеся вокруг друг друга, порождают сливающиеся черные дыры, то они естественным образом создают Первородные, более тяжелые черные дыры, которые вращаются очень медленно.
Исследователи также отмечают, что по крайней мере одна из сливающихся черных дыр должна была вращаться вокруг своей оси.
Руководствуясь лучшими современными моделями эволюции массивных звезд в двойных системах, можно сделать вывод о том, что более массивная или «тяжелая» черная дыра в вращается очень медленно, тогда как «более легкая» – наоборот – очень быстро, – пишут авторы научной работы.
Напомню, что один из самых сильных типов взрывов в космосе – это взрыв сверхновой – явление, которое знаменует собой последний этап эволюции массивных звезд, сопровождающееся резким изменением яркости звезды с последующим затуханием. Несмотря на то, что взрыв сверхновой может показаться рождением звезды, на самом деле это ее смерть.
Сверхновые с коллапсом ядра – одни из самых ярких объектов во Вселенной, которые также знаменуют собой рождение черных дыр и нейтронных звезд. Гравитационные волны, обнаруженные исследователями, помогают им лучше понять астрофизику черных дыр и нейтронных звезд. Как бы там ни было, моделируя эти разрушительные события снова и снова, ученые надеются понять, как формируются и ведут себя настоящие черные дыры.
Когда газовая оболочка звезды разрывается экстремальными приливными силами, оказываемыми парной звездой, медленно вращающееся центральное ядро звезды остается позади и в конечном итоге коллапсирует в медленно вращающуюся черную дыру. Тот же процесс, как правило, применим и ко второй, более легкой звезде, которая в конечном итоге коллапсирует в меньшую черную дыру. И хотя эту интерпретацию трудно подтвердить, будущие исследования слияний черных дыр позволят более точно протестировать эту модель.
Зачем астрономам компьютерная симуляция?
В то время как детекторы гравитационных волн обнаруживают такие космические события, как рождение новой черной дыры или слияние двух черных дыр, на просторах бесконечно расширяющейся Вселенной (заметьте, с ускорением), существуют события, которые наши приборы не в состоянии обнаружить. Вот тут-то на первый план и выходят компьютерные симуляции. Моделируя гибель звезд в десятки раз более массивных, чем наше Солнце, исследователи могут предсказать, как будут выглядеть гравитационные волны, испускаемые этими взрывами.
Чтобы обнаружить коллапс ядра сверхновой с помощью гравитационных волн, астрофизики должны предсказать, как будет выглядеть сам сигнал гравитационной волны. Суперкомпьютеры, моделирующие эти космические взрывы, позволяют исследователям понять их сложную физику. Более того, результаты моделирования позволяет предсказать, что увидят детекторы при взрыве звезды и определить ее наблюдаемые свойства.
Полученные результаты, как пишет Futurism.com со ссылкой на пресс-релиз исследования, помогут астрофизикам определить волны, испускаемые реальной сверхновой с коллапсом ядра. Таким образом, когда будет построено следующее поколение детекторов гравитационных волн, астрономы не будут искать вслепую.
