Последний сигнал: суперкомпьютер НАСА раскрыл тайну предсмертной агонии нейтронных звёзд
Двойные нейтронные звезды — это невероятно плотные космические объекты, массой больше Солнца, но размером с город. Они вращаются друг вокруг друга, сближаясь по спирали. За мгновения до столкновения, которое породит золото и платину и встряхнет саму ткань пространства-времени, их невидимые магнитные щиты вступают в хаотический танец. Именно этот финальный акт — последние миллисекунды перед катаклизмом, удалось впервые детально рассмотреть ученым с помощью моделирования на суперкомпьютере НАСА.
Используя вычислительную мощь суперкомпьютера Pleiades, международная команда астрофизиков создала самые подробные на сегодняшний день симуляции магнитосфер нейтронных звезд в момент их предсмертного сближения. Эти звезды, оставшиеся после взрывов сверхновых, обладают магнитными полями, в триллионы раз превосходящими земное. Исследователи во главе с Димитриосом Скиатасом из Университета Патраса обнаружили, что непосредственно перед слиянием магнитосферы звезд превращаются в гигантские «космические электростанции». Линии магнитных полей, словно живые, переплетаются, разрываются и снова соединяются, создавая токи релятивистской плазмы и ускоряя частицы до невероятных энергий.
Основной фокус астрономии слияний до сих пор был на самом взрыве и его последствиях: гравитационных волнах, гамма-всплесках и килоновых, создающих тяжелые элементы. Однако новая работа, опубликованная в The Astrophysical Journal, смещает внимание на предвестники катастрофы. Моделирование показало, что в последние 7,7 миллисекунд орбитального танца система начинает испускать специфическое электромагнитное излучение, в основном в рентгеновском и гамма-диапазоне.
Яркость и характер этого свечения критически зависят от угла, под которым наблюдатель видит систему, и от взаимной ориентации магнитных полей звезд. Интересно, что самые энергичные гамма-лучи, рождающиеся при этом, не могут его покинуть — они почти мгновенно преобразуются обратно в частицы под действием чудовищных магнитных полей. Но фотоны с меньшей энергией, все еще в миллионы раз ярче видимого света, прорываются наружу, неся уникальную информацию о предсмертных конвульсиях звезд.
Это открытие прокладывает путь для будущих наблюдений. Современные гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO и Virgo, способны засечь слияние и быстро передать координаты на небе. После этого широкопольные космические телескопы, работающие в гамма- и рентгеновском диапазонах, смогут целенаправленно искать предсказанные моделированием сигналы-предвестники.
Особые надежды ученые возлагают на будущую космическую обсерваторию LISA (совместный проект ESA и NASA), которая, начиная с 2030-х годов, будет следить за двойными системами на гораздо более ранних стадиях, задолго до слияния, и сможет предупредить о грядущем столкновении.
Таким образом, работа ученых из Goddard Space Flight Center и их коллег — это не просто открытие. Это создание подробной инструкции для космических обсерваторий будущего, которые, совмещая «звук» гравитационных волн и «свет» электромагнитного излучения, смогут изучать обстоятельства столкновений нейтронных звезд с беспрецедентной точностью, раскрывая тайны самых экстремальных состояний материи во Вселенной.