研究人員利用超級電腦模擬研究中子星碰撞形成的殘餘物，在那裡可能會形成殘餘物，並避免坍縮成黑洞。這些殘餘物透過中微子輻射冷卻，它們的結構讓人了解核物質的行為以及防止黑洞形成的可能性。

這項研究不僅透過中微子輻射揭示了這些殘餘物的動力學和冷卻過程，而且還提供了對極端條件下核物質行為的重要見解。 這些發現有助於我們理解天文事件以及可能或不可能導致黑洞形成的條件。

在中子星碰撞之後，一個被稱為殘餘物的新天體出現了， 科學家們仍在揭開它的秘密，包括它是否會坍縮成黑洞，以及坍縮的速度有多快。

透過先進的超級電腦模擬，科學家們深入研究了這些殘餘物的內部結構，並主要透過中微子輻射探索了它們的冷卻過程。 這些發現揭示了一個被快速旋轉的熱物質環包圍的中心天體。 如果這些殘餘物避免了坍縮，科學家預計它們會在形成後的幾秒鐘內釋放出大部分內部能量。

假彩色圖，顯示中子星合併後約100 毫秒，中子星合併殘餘物赤道面（下）和子午面（上）的質量密度。 來源：David Radice

透過觀察中子星在太空中合併的過程，科學家可以深入了解核物質在地球上無法複製的極端條件下是如何表現的。 核物質是一種由質子和中子在強力作用下結合在一起的假想物質。 科學家尤其感興趣的是強力的壓力能否阻止黑洞的形成。

在這項研究中，科學家們重點研究了中子星合併但沒有變成黑洞之後的情況。 研究探討了中子星的早期演化，也就是它們剛誕生的那一刻。 這項研究是確定有助於回答中子星和黑洞形成問題的天文訊號的起點。

賓州州立大學的科學家使用超級電腦模擬廣義相對論中微子輻射流體力學來了解中子星合併殘餘物的內部結構。 他們也研究了殘餘物如何透過發射中微子來降溫。

研究發現，中子星合併殘餘物由一個中央天體組成，該天體擁有系統的大部分質量，周圍是一個快速旋轉的熱物質環，該物質環的質量很小，但角動量卻很大。 與大多數恆星不同的是，內部殘餘物的表面溫度高於核心溫度，因此當殘餘物通過發射中微子冷卻時，預計不會形成對流羽流。

在重力波主導階段（合併後20 毫秒）之後，中微子冷卻成為主要的能量損失機制。 在早期，電子味反中微子光度高於電子味中微子光度，導致殘餘物外層的電子成分持續增加。 然而，在合併後20-40毫秒，兩種光度變得不相上下。 在殘餘物的外核形成了電子反中微子的稠密氣體，密度為10∼10 ^14.5 g cm ^-3 ，與溫度熱點相對應。 中微子佔該區域輕子數量的10%。 儘管徑向溫度梯度為負值，但徑向熵梯度仍為正值，根據勒杜對流準則，殘餘物是穩定分層的。 從恆星間碰撞界面擠出的物質形成了一個巨大的吸積盤。 吸積盤承載了系統的大部分角動量，使殘餘的大質量中子星在可能的、穩定的、剛性旋轉構型區域內達到準穩定平衡。 殘餘中子星在不同程度上旋轉，但它在磁旋轉不穩定性面前是穩定的。 其他在更長時間尺度上運作的MHD 機制可能是消除差轉的原因。結果表明，殘餘大質量中子星與在核心坍縮超新星中形成的原中子星有著本質上的差異。

這項工作使用了能源部國家能源研究科學計算中心、德國萊布尼茨超級計算中心和賓州州立大學計算和數據科學研究所提供的計算資源。

編譯自/ SciTechDaily

DOI: 10.3847/1538-4357/ad0235 .