中子星如何碰撞？揭示恆星產生新元素的空前細節！

阿爾伯塔大學的一位天體物理學家創建了一個三維計算機模型，描繪了兩顆中子星碰撞後的空前細節，為更好地理解宇宙中的一些基本元素是如何在宇宙碰撞中形成的提供了依據。羅德里戈·費爾南德斯說（他與美國國家能源研究科學計算中心(National Energy research Scientific Computing Center)一個使用超級計算機的國際研究小組一起工作）：碰撞產生了包括金和鉛在內的重元素，數據來自科學家在2017年8月探測到的碰撞——這是首次觀測到此類碰撞。

博科園-科學科普：還首次看到兩顆中子星相撞產生的伽馬射線，包括幫助研究人員計算中子星的質量，甚至確認宇宙正在以多快的速度膨脹。中子星是最小、密度最大的恆星，在一個城市大小的區域內，它的質量比太陽還大。當其中兩個碰撞時，它們會在一道閃光中與基洛諾娃碎片融合，因為物質會向外爆炸。到目前為止，計算機對碰撞的模擬還不夠複雜，無法解釋所有這些物質最終的去向。例如，新的三維模型顯示，吸積盤（圍繞合併恆星運行的殘餘碎片的集合）比以前的二維模型噴射出兩倍的物質，而且速度更快。

關於兩顆中子星碰撞的構想圖，一名研究人員創造了一個三維計算機模擬，讓科學家們更清楚地了解碰撞後的情況。圖片：Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

費爾南德斯說：雖然我們的研究結果並不能完全調和所有的差異，但它們使數據更加接近。費爾南德茲和團隊通過對碰撞的後果進行如此詳細的建模，還能夠解釋物質從碰撞中噴射出來的另一種方式：在一架天體物理射流上，當恆星碰撞時，一束由粒子和輻射組成的窄羽狀物以接近光速噴射出來，該射流也被認為是伽馬射線爆發的源頭。原本預計會發現噴射流，但這是我們第一次能夠對其進行足夠詳細的建模，從而看到這種效應的出現。

兩個相互碰撞的中子星模型橫截面顯示了中央黑洞周圍紅色的吸積盤，天體物理射流是黑洞上方和下方的藍色漏斗。圖片：Rodrigo Fernández

用3d技術模擬這一事件並非易事，雖然中子星碰撞只發生在幾毫秒內，但吸積盤可以持續數秒。它的形成還涉及複雜的物理過程和許多物理過程同時發生，這使得計算機很難模擬。在起作用的過程中，主要的罪魁禍首實際上是作用在物質上的磁場，我們知道描述這一過程的方程，但能正確描述它們的唯一方法是用3d。所以，你不僅要運行模擬很長時間，還需要在三維空間中建模，這在計算上是非常昂貴的。從科學的角度來看，模擬的技術方面令人印象深刻，因為相互作用非常複雜。其研究研究發表在《皇家天文學會月報》上。

博科園-科學科普｜Andrew Lyle, University of Alberta

研究/來自：阿爾伯塔大學

參考期刊文獻:《皇家天文學會月報》

DOI: 10.1093/mnras/sty2932

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