Используя моделирование на суперкомпьютере, исследователи впервые смогли воссоздать весь процесс столкновения между нейтронной звездой и черной дырой целиком. В своей работе они рассчитали состояние системы на заключительных этапах орбитального сближения, во время слияния, а также на этапе после завершения слияния, на котором, согласно полученным данным, могут происходить гамма-всплески.
Для своего исследования ученые во главе с Котой Хаяси (Kota Hayashi) из Киотского университета (Япония) выбрали две различных модельных системы, состоящих из вращающейся черной дыры и нейтронной звезды. Массы черных дыр составили соответственно 5,4 и 8,1 массы Солнца, при этом масса нейтронной звезды в обоих случаях составляла 1,35 массы нашего светила. Выбор этих параметров осуществлялся исходя из того условия, что нейтронная звезда будет разорвана приливными силами, действующими со стороны черной дыры.
«Мы получили представление о процессе, который длится в течение всего лишь 1-2 секунд. Однако в течение этого, казалось бы, совсем не большого отрезка времени происходит большое число процессов: последние орбитальные витки исходных тел, разрыв нейтронной звезды приливными силами, выбросы материи, формирование аккреционного диска вокруг новорожденной черной дыры, а также дальнейшее извержение материи в форме джетов, - сказал соавтор работы Масару Шибата (Masaru Shibata) из Института гравитационной физики Общества Макса Планка в Потсдаме, Германия. – Исследование также показало, что в потоках извергаемого материала могут присутствовать тяжелые элементы, такие как золото и платина».
Симуляция показала, что во время процесса слияния происходит разрыв нейтронной звезды приливными силами. Примерно 80 процентов материи нейтронной звезды падает на черную дыру в течение нескольких миллисекунд, в результате чего масса последней возрастает примерно на одну массу Солнца. В последующие примерно 10 миллисекунд материя нейтронной звезды формирует однорукавную спиральную структуру. Часть материи, входящей в состав спирального рукава, выбрасывается из системы, в то время как остальная часть (0,2-0,3 массы Солнца) формирует аккреционный диск вокруг черной дыры. Когда этот аккреционный диск падает на черную дыру после столкновения, это приводит к формированию сфокусированного джета электромагнитного излучения, который может сопровождаться гамма-вспышкой.