在已知宇宙中最強(qiáng)大事件之一的兩顆中子星合并中，科學(xué)家們正在越來越好地對復(fù)雜的物理性質(zhì)進(jìn)行建模。中子星直徑約為12英里（約20km），但密度極其高，一茶匙的中子星物質(zhì)，相當(dāng)于1125座金門大橋或2735座帝國大廈的重量。2017年8月17日，科學(xué)家們觀察到引力波的特征以及相關(guān)爆炸爆發(fā)，即所謂的基洛諾娃，這可以用兩顆中子星的合并碰撞來最好地解釋。2019年4月25日，又一次可能的中子星合并事件，是完全基于引力波的測量。

雖然這些事件可以幫助比較和驗(yàn)證研究人員開發(fā)的物理模型，以了解在這些中子星合并中起作用的是什么，但研究人員仍然必須從零開始，才能在這些模型中構(gòu)建正確的物理模型。在《皇家天文學(xué)會月刊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，由西北大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組：模擬了合并后物質(zhì)盤的形成。一次巨大的拋射物質(zhì)爆炸，以及圍繞剩余物體（要么是更大的中子星，要么是黑洞）啟動高能射流的過程。

研究小組包括能源部勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)、加州大學(xué)伯克利分校、艾伯塔大學(xué)和新漢普郡大學(xué)的科學(xué)家。為了使模型比之前的努力更逼真，研究小組建立了三個獨(dú)立的模擬，測試圍繞合并的強(qiáng)大磁場的不同幾何形狀。研究的合著者、阿爾伯塔大學(xué)研究員羅德里戈·費(fèi)爾南德斯說：（下面這張動態(tài)圖一定要仔細(xì)看，多看會時間，你就能看到最精彩的部分）

我們從一套物理原理出發(fā)，進(jìn)行以前沒有人在這個水平上做過的計(jì)算。然后問，是否相當(dāng)接近觀察結(jié)果，或者是否遺漏了什么重要的東西？進(jìn)行的三維模擬，包括在伯克利實(shí)驗(yàn)室的國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心(NERSC)的計(jì)算時間，涉及600多萬個小時的CPU(計(jì)算機(jī)處理單元)時間。這些模擬考慮了廣義相對論磁流體動力學(xué)(GRMHD)效應(yīng)，其中包括與磁場和類流體物質(zhì)相關(guān)的屬性，以及以接近光速傳播的物質(zhì)和能量屬性。

研究人員指出，這些模擬在模擬黑洞和中子星的合并過程中也可能被證明是有用的。為了模擬基洛諾娃爆發(fā)，這是一種創(chuàng)造元素的事件，這也是向太空播撒重元素的重要事件。研究小組對其總拋射質(zhì)量、平均速度和成分進(jìn)行了估計(jì)，有了這三個量，就可以估計(jì)光曲線是否會有合適的光度、顏色和演化時間。這些基洛諾娃爆發(fā)有兩個普遍的組成部分：一個在幾天的過程中演變，其特征是它在峰值時發(fā)出標(biāo)志性的藍(lán)頻光；

另一個持續(xù)數(shù)周，有一個相關(guān)近紅外光的色峰，最新模擬旨在模擬基洛諾娃的這些藍(lán)色和紅色成分。這些模擬也有助于解釋合并后向外散發(fā)的強(qiáng)大能量噴流發(fā)射，包括由于強(qiáng)大交變磁場影響而產(chǎn)生的噴流的“條紋”特征。可以觀察到這些噴流是伽馬射線爆發(fā)，就像2017年的事件一樣。加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)物理學(xué)和天文學(xué)副教授、伯克利實(shí)驗(yàn)室核科學(xué)部科學(xué)家丹尼爾·卡森(Daniel Kasen)說：

磁場提供了一種利用旋轉(zhuǎn)黑洞的能量，并用它發(fā)射以接近光速移動氣體射流的方法。這種射流可以產(chǎn)生伽馬射線爆發(fā)，以及延長的射電和X射線發(fā)射，所有這些都出現(xiàn)在2017年的事件中。雖然模擬還沒有準(zhǔn)確地反映觀測結(jié)果，模擬顯示藍(lán)色基洛諾娃的質(zhì)量低于紅色合并產(chǎn)生的超大質(zhì)量中子星。以及與合并事件相關(guān)的豐富中微子，不受影響地穿過大多數(shù)類型物質(zhì)的幽靈粒子，更好模型，才能改進(jìn)模型。

這個模型確實(shí)受益于圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)盤(吸積盤)模型，以及中微子冷卻特性模型，與合并事件相關(guān)的中子和質(zhì)子體積，以及與基洛諾娃相關(guān)物質(zhì)創(chuàng)造過程的模型。模擬窺探了最極端的環(huán)境，比如在新生黑洞外晃動的這個漩渦，并觀察和了解重元素是如何形成的。模擬表明，2017年8月觀察到的中子星合并，很可能沒有在緊隨其后形成黑洞，而且最強(qiáng)的磁場是甜甜圈狀。此外，這些模擬與一些長期存在的流體行為模型基本一致。

博科園｜研究/來自：勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《皇家天文學(xué)會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2552

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