Gdy przypadkowa gwiazda zbliży się za bardzo do czarnej dziury, czeka ją nieciekawy los. Oddziaływanie grawitacyjne czarnej dziury najpierw rozciągnie taką gwiazdę, potem rozszarpie ją na strzępy, a potem te strzępy wrzuci za horyzont zdarzeń. Co jednak się dzieje, gdy czarna dziura pożera nie zwykłą gwiazdę, a gwiazdę neutronową?
Zderzenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi to jedne z najbardziej ekstremalnych zjawisk we wszechświecie. Choć nigdy nie zaobserwowano ich bezpośrednio, dzięki najnowszym symulacjom komputerowym naukowcy zaczynają rozumieć, co dokładnie dzieje się w tych ostatnich dramatycznych milisekundach. Nowe badanie, przeprowadzone przez zespół astrofizyków z Caltech, rzuca światło na procesy, które mogą prowadzić do powstania radiowych rozbłysków, fal uderzeniowych, a nawet… pulsara czarnej dziury.
Zespół kierowany przez Eliasa Mosta z California Institute of Technology stworzył najbardziej szczegółową jak dotąd symulację końcowej fazy zderzenia gwiazdy neutronowej z czarną dziurą. Model pozwolił naukowcom prześledzić ostatnie ułamki sekundy przed całkowitym pochłonięciem gwiazdy neutronowej przez czarną dziurę.
Symulacje wykazały, że tuż przed pochłonięciem dochodzi do dramatycznego pęknięcia skorupy gwiazdy neutronowej, spektakularnych wstrząsów sejsmicznych i fal uderzeniowych, najsilniejszych jakie znamy we wszechświecie.
To gwałtowne pęknięcie i towarzyszące mu wstrząsy mogą zaburzyć pole magnetyczne gwiazdy neutronowej, tworząc tzw. fale Alfvéna — dynamiczne struktury magnetyczne niosące olbrzymią energię. Gdy osiągają punkt kulminacyjny, dochodzi do potężnego impulsu energetycznego, który może ujawnić się jako szybki błysk radiowy (Fast Radio Burst, FRB). Te tajemnicze, milisekundowe sygnały radiowe od lat intrygują astronomów. Nowe badanie sugeruje, że ich źródłem mogą być właśnie kolizje czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi.
Mało tego, symulacja przewiduje możliwość emisji drugiego rozbłysku, tuż po całkowitym pochłonięciu gwiazdy. To oznacza, że astronomowie mogliby w przyszłości wykrywać „podwójne FRB”, co stanowiłoby jednoznaczną sygnaturę tego rzadkiego typu zdarzenia.
Jedną z najbardziej intrygujących konsekwencji badania jest hipoteza o istnieniu zupełnie nowego, krótkotrwałego typu obiektu: pulsara czarnej dziury. W tradycyjnym rozumieniu pulsary to wirujące gwiazdy neutronowe emitujące regularne impulsy promieniowania. W tym przypadku jednak czarna dziura mogłaby „przejąć” pole magnetyczne swojej ofiary, emitując przez krótki czas sygnały podobne do pulsara, zanim pole to zostanie całkowicie zniszczone. To efemeryczne zjawisko mogłoby zostać wykryte w postaci silnego rozbłysku promieniowania X lub gamma.
Powyższej wiedzy nie bylibyśmy w stanie uzyskać, gdyby nie dostęp do superkomputera Perlmutter w Lawrence Berkeley National Laboratory. To on pozwolił na odtworzenie ekstremalnych warunków fizycznych z niespotykaną dotąd dokładnością. Wcześniejsze próby stworzenia takiej symulacji kończyły się niepowodzeniem właśnie z powodu niewystarczającej mocy obliczeniowej.