Połączenie się gwiazd neutronowych zbadane dzięki falom grawitacyjnym
W badaniu opublikowanym w The Astrophysical Journal Letters naukowcy zbadali połączenie się gwiazd neutronowych przy użyciu THC_M1 – kodu komputerowego, który symuluje fuzję tych kosmicznych bytów oraz wyjaśnia krzywiznę czasoprzestrzeni spowodowaną silnym polem grawitacyjnym gwiazd i procesami neutronowymi w gęstej materii.
Naukowcy przetestowali wpływ termiczny na syntezę jądrową, zmieniając pojemność cieplną właściwą w równaniu stanu, które mierzy ilość energii potrzebnej do podniesienia temperatury materiału gwiazdy neutronowej o jeden stopień. Aby zapewnić wiarygodność wyników, badacze przeprowadzili symulacje w dwóch rozdzielczościach. Powtórzyli badania z wyższą rozdzielczością, stosując bardziej przybliżoną obróbkę z neutrinami.
Gdy dwie gwiazdy neutronowe krążą wokół siebie, emitują zmarszczki w czasoprzestrzeni zwane falami grawitacyjnymi. Zmarszczki te wysysają energię ze swojej orbity, aż w końcu kosmiczne olbrzymy zderzą się i połączą w jeden obiekt. Naukowcy wykorzystali symulacje superkomputerowe do zbadania, w jaki sposób zachowanie różnych modeli materii jądrowej wpływa na fale grawitacyjne uwalniane w wyniku tych fuzji. Odkryli silną korelację między temperaturą pozostałości a częstotliwością fal grawitacyjnych. Detektory nowej generacji będą w stanie odróżnić te modele od siebie.
Naukowcy wykorzystują gwiazdy neutronowe jako laboratoria do badania materii jądrowej w warunkach niemożliwych do sprawdzenia na Ziemi. Wykorzystują aktualne detektory fal grawitacyjnych do obserwacji łączenia się gwiazd neutronowych i poznania, jak zachowuje się zimna, ultragęsta materia. Jednakże detektory te nie są w stanie zmierzyć sygnału po połączeniu się gwiazd. A zawiera on informację o gorącym materiale jądrowym.
Przyszłe detektory będą bardziej czułe na te sygnały. Ponieważ będą one także w stanie odróżnić od siebie różne modele, wyniki tego badania sugerują, że nadchodzące przyszłe rozwiązania technologiczne pomogą naukowcom stworzyć lepsze modele gorącej materii jądrowej. Połączenie się gwiazd neutronowych będzie można w pełni zbadać wraz z rozwojem techniki.
W pracach wykorzystano zasoby obliczeniowe dostępne za pośrednictwem Narodowego Centrum Badań nad Energią, Centrum Superkomputerowego w Pittsburghu oraz Instytutu Informatyki i Nauki o Danych na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii.
Emil Gołoś
