Φυσικοί δημιουργούν ένα νέο μοντέλο βοηθό στην έρευνα για συγκρούσεις άστρων νετρονίων

Προσομοίωση του νέου μοντέλου
που δείχνει φως που εκπέμπεται
από μια συγχώνευση άστρων νετρονίων

Φυσικοί του Πανεπιστημίου της Alberta δημιούργησαν ένα νέο, απλούστερο τρόπο να μοντελοποιήσουν συγκρούσεις μεταξύ άστρων νετρονίων. Το μοντέλο θα επιτρέπει τους επιστήμονες να προβλέπουν τη φωτεινότητα νωρίτερα συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων περισσότερο αξιόπιστα από πριν – επιτρέποντας τα τηλεσκόπια να κερδίσουν περισσότερες πληροφορίες από αυτά τα γεγονότα.

«Η μελέτη του φωτός και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από τις συγκρούσεις αυτές μας επιτρέπει να μαθαίνουμε περισσότερα, συμπεριλαμβανομένων και του πώς διαμορφώνονται τα βαρέα στοιχεία και πώς δημιουργούνται οι μαύρες τρύπες», αναφέρει στο περιοδικό του Πανεπιστημίου ο Rodrigo Fernandez, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης και επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής. «Τα τρισδιάστατα μοντέλα των συγχωνεύσεων αυτών είναι στο όριο των υπολογιστικών πόρων, έτσι αρχίσαμε να σχεδιάζουμε ένα απλοποιημένο μοντέλο που επιτρέπει ταχύτερους υπολογισμούς».

Λίγες μόνο συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων έχουν ανιχνευτεί στα βαρυτικά κύματα από την αρχική τους ανακάλυψη το 2015 και μόνο μια είχε φως που ανιχνεύθηκε σε αυτήν μαζί με τα βαρυτικά κύματα. Αυτό το καθιστά κρίσιμο για τους επιστήμονες που μπορούν να προβλέψουν ποιες δυνάμει συγχωνεύσεις είναι οι περισσότερο πιθανές για να εστιάσουν τα τηλεσκόπια σε αυτές – και όσο γρηγορότερα τόσο το καλύτερο. Αναφέρει ο Fernandez: «Τις λίγες πρώτες ώρες μετά από μια συγχώνευση προβλέπεται να εκπέμπεται κυρίως υπεριώδες φως και αυτό το σήμα μεταφέρει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τη φυσική του γεγονότος. Όμως, η πρόβλεψη της έντασης του φωτός από μια πιθανή σύγκρουση απαιτεί εντατικούς υπολογιστικά υπολογισμούς».

Για να απλοποιήσουν αυτούς του πολύπλοκους υπολογισμούς, ο πρώτος από τους συγγραφείς της μελέτης, σπουδαστής Coleman Dean, εργάστηκε με τον Fernandez για να μοντελοποιήσουν τη σύγκρουση σε δισδιάστατο πλέγμα, κάνοντας προσεγγίσεις στη φυσική της . Στη συνέχεια, ο Dean πραγματοποίησε υπολογισμούς, χρησιμοποιώντας τον πιο ισχυρό υπερυπολογιστή του Καναδά, για να προσομοιώσει πολύ μικρότερα τμήματα της σύγκρουσης τη φορά, σε ξεχωριστά κελιά που συγκρίνονται με τρισδιάστατα μοντέλα, αξιολογώντας την αβεβαιότητα στην εκβολή μάζας από τη μέθοδο υπολογισμού που χρησιμοποιείται για να γίνουν αυτές οι προβλέψεις.

«Το κύριο αποτέλεσμα δείχνει ότι η ταχύτατη αποβολή μπορεί να μοντελοποιηθεί με ακρίβεια εντός του 10% με χρήση ενός κελιού πλέγματος με μέγεθος που αντιπροσωπεύει τα 20 μέτρα – που συγκρίνεται με τη διάμετρο άστρου νετρονίων περίπου 24 χιλιομέτρων – που δεν είναι τόσο μακριά από ότι επιτυγχάνεται από τις υπάρχουσες τρισδιάστατες μελέτες», είπε ο Fernandez. Με όρους φωτεινότητας του πρώιμου υπεριώδους σήματος, ο Fernandez αναφέρει ότι αυτή η πρόβλεψη είναι αρκετή για να «πει» από πόσο μακριά οι επιστήμονες θα μπορούσαν να δουν αυτές τις – διάρκειας ωρών – φωτεινότητες, παρέχοντας στα τηλεσκόπια στην Γη έναν στόχο.

Αναφέρει ο Fernandez: «Αν μπορέσουμε να συλλάβουμε το φως από τις λίγες πρώτες ώρες μετά την επόμενη συγχώνευση άστρων νετρονίων, θα μαθαίναμε πολλά σχετικά με τη φυσική αυτών των γεγονότων. Το νέο αυτό μοντέλο δίνει υπόσχεση συναρπαστικής βοήθειας για να επιταχυνθούν οι προβλέψεις μας και μας παρέχει την καλύτερη ευκαιρία για να συλληφθεί η σύγκρουση άστρων νετρονίων έγκαιρα».