Zderzenie tytanów: odkrywanie tajemnic zderzeń gwiazd neutronowych i interakcji neutrin.

WarsawDwie gwiazdy neutronowe mogą połączyć się, zbliżając się do siebie i wpadając na siebie wzajemnie. Gwiazdy te są bardzo gęste, ale jednocześnie małe i zimne. Kiedy zderzają się, w miejscu zetknięcia robi się niesamowicie gorąco. Nowe symulacje ujawniają interesujące szczegóły dotyczące tego zjawiska.

Oto co się dzieje:

• Tworzą się gorące neutrino.
• Neutrino te mogą zostać uwięzione przez ciepło i gęstość.
• Oddziałują słabo z materią gwiazd.
• Oddziaływanie to pomaga przywracać cząstki do równowagi.

Pedro Luis Espino, badacz podoktorski na uniwersytetach Penn State i UC Berkeley, kierował zespołem fizyków z Penn State w badaniu, którego wyniki opublikowano w piśmie Physical Review Letters. Espino zauważył, że w 2017 roku po raz pierwszy wykryliśmy sygnały pochodzące z połączenia dwóch gwiazd neutronowych, w tym fale grawitacyjne. Odkrycie to znacząco zwiększyło zainteresowanie badaniami nad układami podwójnymi gwiazd neutronowych.

David Radice, adiunkt w Penn State, wyjaśnia, że gwiazdy neutronowe składają się głównie z neutronów, są bardzo gęste i mogą stać się niezwykle gorące podczas zderzeń. Ponieważ fotony nie mogą uciec, aby je schłodzić, zamiast tego uwalniają neutriny.

Oto kilka głównych informacji wynikających z badań:

Neutrina powstają, gdy neutrony w gwiazdach zderzają się ze sobą i rozpadają na protony, elektrony i neutrina. Przez 2 do 3 milisekund neutrina mogą zostać uwięzione przez ciepło i gęstość zderzenia. Choć ten etap jest krótki, jest kluczowy dla zrozumienia fizyki związanej z tym procesem. Interaktywne neutrina mogą wpływać na rodzaje sygnałów obserwowanych na Ziemi.

Zobacz również:

Dzisiaj · 19:21

Nowatorskie rozwiązanie wspierające planowanie przyszłości rzeki Kolorado

Badania wykorzystały potężne komputery do analizy procesu łączenia się dwóch gwiazd neutronowych oraz związanej z tym fizyki. Naukowcy odkryli, że choć trwa to krótko, neutriny mogą zostać uwięzione na skutek ciepła i gęstości powstałych w wyniku zderzenia i wchodzić w interakcje z materią gwiazd.

Radice stwierdził, że badanie tych zdarzeń pozwala nam odkrywać nową fizykę. Faza, w której nie ma równowagi, trwa jedynie 2 do 3 milisekund, ale w tym krótkim czasie zachodzą istotne zjawiska fizyczne. Kiedy układ powraca do stanu równowagi, nasza wiedza na temat fizyki staje się pełniejsza.

Espino stwierdził, że sposób, w jaki neutriny oddziałują z materią gwiazd, może wpływać na drgania w połączonych pozostałościach. Te drgania mogą zmieniać sygnały świetlne i fale grawitacyjne, które odbieramy na Ziemi. W przyszłości można skonstruować detektory zdolne do poszukiwania tych różnic sygnałowych.

Zespół badawczy składał się z doktorów habilitowanych Petera Hammonda i Rosselli Gamby z Penn State, Sebastiana Bernuzziego, Francesca Zappy i Luísa Felipe Longo Micchiego z Friedrich-Schiller-Universität Jena w Niemczech oraz Albina Perego z Uniwersytetu w Trento we Włoszech. Badania były finansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki, Departament Energii USA, Deutsche Forschungsgemeinschaft oraz Unię Europejską.

Symulacje przeprowadzono na superkomputerach Bridges2, Expanse, Frontera oraz Perlmutter. Wykorzystano także zasoby Narodowego Centrum Badawczego Obliczeń Naukowych. Autorzy wyrazili wdzięczność Centrum Superkomputerowemu Gaussa za finansowanie i udostępnienie czasu obliczeniowego na SuperMUC-NG w Leibniz-Rechenzentrum.