חוקרים השתמשו במחשב העל פוגקו ביפן כדי לדמות את מיזוגם של כוכבי נייטרונים – מהסחרור ועד היווצרות חור שחור ופרץ קרני גמא – ולפענח כיצד נוצרים יסודות כבדים כמו זהב
מפענחים את הסודות של מיזוגי כוכבי נייטרונים
כששני כוכבי נייטרונים מתנגשים, היקום שולח סדרה מרהיבה של אותות – גלי כבידה, הבזקי אור, זרמי נייטרונים ופרצי אנרגיה בכל הספקטרום הא"מ. ההתנגשויות הקוסמיות הנדירות האלה הן מועמדות מושלמות לאסטרונומיית שליחים מרובים, דרך חדשה ועוצמתית לצפות על היקום המשלבת מידע מסוגים שונים של גלאים כדי לקבל תמונה שלמה של האירוע.
כדי לקלוט את כל האותות האלה, הטלסקופים המסורתיים לא מספיקים למדענים. הם מסתמכים על רשת כלל עולמית של מכשירים הכוללת גלאי גלי כבידה, מצפי נייטרינו, וטלסקופים בחלל ועל הקרקע. אבל כדי לתאם בין כל אלה צריך מודלים מאוד מדויקים כדי לדעת בדיוק מה לחפש – ומתי.
כאן נכנסת לתמונה פריצת דרך חשובה.
"קשה מאוד לחזות את אותות השליחים המרובים ממיזוגים של כוכבי נייטרינו בינריים מעקרונות ראשונים. כעת הצלחנו לעשות בדיוק את זה", אומר קוטה האיאשי ממכון מקס פלנק. "באמצעות מחשב העל פוגקו ביפן, ביצענו את ההדמיה הכי ארוכה ומורכבת עד היום של מיזוג של כוכבי נייטרינו בינריים".
האיאשי והצוות שלו השתמשו במחשב העל פוגקו ביפן, מהחזקים ביותר בעולם, כדי לדמות התנגשות של כוכבי נייטרינו מההתחלה עד הסוף. ההדמיה, שהיא הכי ארוכה ומפורטת שבוצעה אי פעם, כללה שנייה וחצי של זמן אמת והשתמשה ב-130 מיליון שעות מעבד. בשיאה היא פעלה בעד 80,000 מעבדים בו-זמנית.
המודל כולל את ההשפעות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין, פליטות נייטרינו ושדות מגנטיים חזקים, ולוכד את הפיזיקה הקיצונית בתוך הכוכבים הצפופים הגוועים האלה כשהם מסתחררים ביחד, מתנגשים ויוצרים חור שחור.
שנייה וחצי, 130 מיליון שעות מעבד
ההדמיה מתחילה עם מעט מאוד הנחות – כוכבי נייטרונים עם שדות מגנטיים חזקים המקיפים זה את זה – ומפתחת את המערכת הבינרית בעקביות עצמית עם הזמן על סמך עקרונות פיזיקליים בסיסיים. "ההדמיה החדשה שלנו עוקבת אחרי המערכת הבינרית לאורך כל ההתפתחות שלה: סחרור, מיזוג והשלב שאחרי המיזוג, כולל יצירת הסילון. היא מספקת את התמונה המלאה הראשונה של כל התהליך ומידע רב ערך לתצפיות עתידיות של אירועים כאלה", מסביר קוטה האיאשי.
בתחילה שני כוכבי הנייטרונים (שמסתם בהדמיה פי 1.25 ו-1.65 ממסת השמש) מקיפים זה את זה חמש פעמים. בשלב הסחרור הזה, הם נופלים זה אל זה כשהם מאבדים אנרגיה מסלולית, שנפלטת כגלי כבידה. בגלל המסה הכוללת הגדולה, שארית המיזוג קורסת מייד לחור שחור. ההדמיה חוזה את האות של גל הכבידה, הראשון מבין אותות השליחים המרובים הניתנים לצפייה.
מהומה מגנטית וסילוני אנרגיה
אחרי המיזוג, דיסקה של חומר נוצרת סביב שארית החור השחור. בדיסקה, הליפוף של קווי השדה ואפקט הדינמו מגבירים את השדה המגנטי. האינטראקציה עם הסיבוב המהיר של החור השחור מחזקת עוד את השדה המגנטי. זה יוצר זרימה החוצה של אנרגיה לאורך ציר הסיבוב של החור השחור.
"אנחנו חושבים שזרימת האנרגיה הזאת לאורך הציר של החור השחור, שנגרמת על ידי שדות מגנטיים, מניעה פרץ של קרני גמא", אומר החוקר מסרו שיבטה. "זה מתאים למה שאנו יודעים מתצפיות קודמות ומספק עוד תובנות על המנגנון הפנימי של מיזוגי כוכבי נייטרונים".
הצוות השתמש בהדמיה שלו גם כדי לגזור את הפליטה הצפויה של נייטרונים ממיזוגים של כוכבי נייטרונים בינריים. "מה שלמדנו על יצירת סילונים והדינמיקה של שדות מגנטיים קריטי לפירוש ולהבנה שלנו לגבי מיזוגים של כוכבי נייטרונים ומקביליהם הקשורים", מסביר מסרו שיבטה. ההדמיה מספקת מידע על כמות החומר שנפלט לתווך הבין כוכבי ובכך מאפשרת לחזות את הקילונובה. זה הענן המאיר של גז ואבק שעשיר ביסודות כבדים. כשההתנגשות הראשונה בין שני כוכבי נייטרונים ב-17 באוגוסט 2017 התגלתה ונוטרה על ידי גלאי גלי כבידה ולאחר מכן על ידי טלסקופים שונים אחרים, החוקרים גילו יסודות כבדים מברזל, ובמיוחד זהב. למרות שפיזיקאים תיאורטיים חשדו שקילונובות כאלה מפיקות את היסודות הכבדים במיוחד האלה, התיאוריה הזאת אומתה לראשונה ב-2017. רק ברזל ויסודות קלים יותר יכולים להיווצר בחלק הפנימי של כוכבים.
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
התבלבלתם בין נייטרונים ונייטרינו?