Новое моделирование, выполненное на суперкомпьютере NASA, показало, как ситуация становится чрезвычайно сложной для сливающихся нейтронных звёзд ещё до их столкновения: их магнитосферы — сильнейшие магнитные поля во Вселенной — переплетаются и порождают хаос.
Нейтронные звёзды — самые экстремальные объекты во Вселенной, которые образуются, когда массивные звёзды гибнут в мощных взрывах сверхновых. Эти объекты настолько плотные, что одна чайная ложка их вещества весила бы около 10 миллионов тонн — как 85 000 взрослых синих китов — если бы её доставили на Землю.
Учитывая это, неудивительно, что всё становится невероятно яростным, когда две нейтронные звезды сталкиваются и сливаются. Фактически, такое столкновение создаёт единственную среду во Вселенной, достаточно турбулентную для того, чтобы в ней могли рождаться золото, серебро, плутоний и другие элементы тяжелее железа. Даже бушующие сердца самых массивных звёзд не способны на подобный акт элементарного алхимии.
«Прямо перед столкновением нейтронных звёзд сильно намагниченные, заполненные плазмой области вокруг них, называемые магнитосферами, начинают интенсивно взаимодействовать, — заявил руководитель исследования Димитриос Скиатас из Центра космических полётов имени Годдарда NASA. — Мы изучили последние несколько оборотов перед слиянием, когда переплетённые магнитные поля претерпевают быстрые и драматические изменения, и смоделировали потенциально наблюдаемые сигналы высокой энергии».
Моделирование хаоса
Чтобы рассмотреть 7,7 миллисекунд перед слиянием, команда использовала суперкомпьютер NASA Pleiades, создав более 100 симуляций системы из двух нейтронных звёзд массой примерно в 1,4 раза больше солнечной.
«В наших симуляциях магнитосфера ведёт себя как магнитная цепь, которая постоянно перестраивается по мере обращения звёзд. Силовые линии соединяются, разрываются и снова пересоединяются, в то время как токи проносятся через плазму почти со скоростью света, а быстро меняющиеся поля могут ускорять частицы, — пояснил член команды Константинос Калапотаракос. — Именно для отслеживания этой нелинейной эволюции с высоким разрешением нам и нужен суперкомпьютер!»
Основной целью команды было исследовать, как магнитные поля этих звёздных остатков влияют на излучение в последних витках их взаимного вращения.
«Наша работа показывает, что свет, излучаемый этими системами, сильно меняется по яркости и распределяется неравномерно, поэтому точка зрения удалённого наблюдателя на слияние имеет большое значение, — добавил член команды Зоравар Вадиасингх из Университета Мэриленда и NASA. — Сигналы также становятся намного сильнее по мере сближения звёзд, и это зависит от относительной ориентации их магнитных полей».
Симуляции показали, как магнитные поля звёзд «сметаются» позади них, соединяя звёздные остатки, затем разрываясь и снова пересоединяясь.
Следы в гравитационных волнах и излучении
Исследователи также смоделировали, как электромагнитные силы воздействуют на поверхности нейтронных звёзд. Это поможет понять, как накапливается магнитное напряжение в таких системах.
«Такое поведение может оставить отпечаток на сигналах гравитационных волн, которые можно будет обнаружить в обсерваториях следующего поколения, — сказал исследователь NASA Демосфен Казанас. — Ценность подобных исследований в том, что они помогают нам понять, что будущие обсерватории смогут увидеть и на что следует обращать внимание как в гравитационных волнах, так и в свете».
Учёные смогли использовать смоделированные магнитные поля, чтобы определить точки, где рождается самое высокоэнергетическое излучение, и как оно распространяется в среде сливающихся нейтронных звёзд.
Они обнаружили, что области вокруг сливающихся звёзд производят гамма-лучи высокой энергии, но это излучение не может вырваться наружу, потому что фотоны быстро превращаются в пары электронов и позитронов. Однако гамма-лучи более низких энергий, а также рентгеновские лучи, могут покинуть место слияния.
Это означает, что будущие космические гамма-телескопы, особенно с широким полем зрения, можно будет использовать для обнаружения сигналов от нейтронных звёзд на грани слияния. Другой способ изучения таких систем до слияния в будущем — обнаружение гравитационных волн.
Проект NASA и Европейского космического агентства LISA (Laser Interferometer Space Antenna), запуск которого запланирован на середину 2030-х годов, может быть особенно полезен. Это будет первый детектор гравитационных волн в космосе, обладающий гораздо большей чувствительностью, чем нынешние наземные детекторы, такие как LIGO.
Результаты команды были опубликованы 20 ноября 2025 года в журнале The Astrophysical Journal.
Это исследование открывает новое окно в понимание космических катаклизмов. Ранее астрономы фокусировались в основном на последствиях слияния нейтронных звёзд — килоновых и гамма-всплесках. Теперь же становится ясно, что сам процесс сближения представляет собой не менее впечатляющий спектакль, где главную роль играют магнитные поля чудовищной силы. Их переплетение и «короткие замыкания» на последних орбитах могут служить своеобразным предисловием к основному событию, порождая предвестники в виде специфического рентгеновского и гамма-излучения.
Эти предсобытийные сигналы могут стать ключом к раннему предупреждению о надвигающемся слиянии. Если будущие обсерватории смогут их засечь, у астрономов появится возможность направить все доступные телескопы в нужную точку неба до основного взрыва, чтобы зафиксировать сам момент рождения тяжёлых элементов и проверить фундаментальные законы физики в экстремальных условиях. Это превратит наблюдение слияний из анализа уже случившегося катаклизма в настоящую «охоту в реальном времени», где можно будет отслеживать процесс от первых магнитных взаимодействий до финальной вспышки и радиоактивного послесвечения.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий