在已知宇宙中最強大事件之一的兩顆中子星合併中，科學家們正在越來越好地對複雜的物理性質進行建模。中子星直徑約為12英裡（約20km），但密度極其高，一茶匙的中子星物質，相當於1125座金門大橋或2735座帝國大廈的重量。2017年8月17日，科學家們觀察到引力波的特徵以及相關爆炸爆發，即所謂的基洛諾娃，這可以用兩顆中子星的合併碰撞來最好地解釋。2019年4月25日，又一次可能的中子星合併事件，是完全基於引力波的測量。
雖然這些事件可以幫助比較和驗證研究人員開發的物理模型，以了解在這些中子星合併中起作用的是什麼，但研究人員仍然必須從零開始，才能在這些模型中構建正確的物理模型。在《皇家天文學會月刊》上發表的一項研究中，由西北大學科學家領導的一個研究小組：模擬了合併後物質盤的形成。
一次巨大的拋射物質爆炸，以及圍繞剩餘物體（要麼是更大的中子星，要麼是黑洞）啟動高能射流的過程。研究小組包括能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)、加州大學伯克利分校、艾伯塔大學和新漢普郡大學的科學家。為了使模型比之前的努力更逼真，研究小組建立了三個獨立的模擬，測試圍繞合併的強大磁場的不同幾何形狀。
研究的合著者、阿爾伯塔大學研究員羅德裡戈·費爾南德斯說：我們從一套物理原理出發，進行以前沒有人在這個水平上做過的計算。然後問，是否相當接近觀察結果，或者是否遺漏了什麼重要的東西？（下面這張動態圖一定要仔細看，多看會時間，你就能看到最精彩的部分）
進行的三維模擬，包括在伯克利實驗室的國家能源研究科學計算中心(NERSC)的計算時間，涉及600多萬個小時的CPU(計算機處理單元)時間。這些模擬考慮了廣義相對論磁流體動力學(GRMHD)效應，其中包括與磁場和類流體物質相關的屬性，以及以接近光速傳播的物質和能量屬性。研究人員指出，這些模擬在模擬黑洞和中子星的合併過程中也可能被證明是有用的。
為了模擬基洛諾娃爆發，這是一種創造元素的事件，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量、平均速度和成分進行了估計，有了這三個量，就可以估計光曲線是否會有合適的光度、顏色和演化時間。這些基洛諾娃爆發有兩個普遍的組成部分：一個在幾天的過程中演變，其特徵是它在峰值時發出標誌性的藍頻光；
另一個持續數周，有一個相關近紅外光的色峰，最新模擬旨在模擬基洛諾娃的這些藍色和紅色成分。這些模擬也有助於解釋合併後向外散發的強大能量噴流發射，包括由於強大交變磁場影響而產生的噴流的「條紋」特徵。可以觀察到這些噴流是伽馬射線爆發，就像2017年的事件一樣。加州大學伯克利分校(UC Berkeley)物理學和天文學副教授、伯克利實驗室核科學部科學家丹尼爾·卡森(Daniel Kasen)說：
磁場提供了一種利用旋轉黑洞的能量，並用它發射以接近光速移動氣體射流的方法。這種射流可以產生伽馬射線爆發，以及延長的射電和X射線發射，所有這些都出現在2017年的事件中。雖然模擬還沒有準確地反映觀測結果，模擬顯示藍色基洛諾娃的質量低於紅色合併產生的超大質量中子星。以及與合併事件相關的豐富中微子，不受影響地穿過大多數類型物質的幽靈粒子，更好模型，才能改進模型。
這個模型確實受益於圍繞黑洞旋轉的物質盤(吸積盤)模型，以及中微子冷卻特性模型，與合併事件相關的中子和質子體積，以及與基洛諾娃相關物質創造過程的模型。模擬窺探了最極端的環境，比如在新生黑洞外晃動的這個漩渦，並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併，很可能沒有在緊隨其後形成黑洞，而且最強的磁場是甜甜圈狀。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驗室
參考期刊《皇家天文學會月刊》
DOI: 10.1093/mnras/stz2552
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