Последний крик нейтронного гиганта — как погибает звезда в объятиях чёрной дыры

Астрофизики смоделировали с высокой точностью один из самых стремительных и драматичных процессов во Вселенной — момент, когда нейтронное светило попадает в гравитационную ловушку чёрной дыры. В ходе вычислений удалось отследить, как стремительное сближение запускает каскад деформаций, охватывающих как само тело, так и его магнитное окружение.

Исследование возглавил Элиас Мост из Калифорнийского технологического института. Его группа показала, что под действием колоссальных приливных сил внешняя оболочка начинает трещать по швам — словно литосфера Земли во время сильнейших сейсмических толчков. Эти разрывы появляются ещё до финального контакта, когда между двумя объектами остаются считаные километры.

Расчёты также показали: в момент разрушения оболочки по магнитной структуре распространяются альфвеновские волны — особые возмущения, которые напоминают нарастающий вал в штормовом океане. Подобные колебания способны вызывать кратковременные всплески радиосигналов, которые можно будет зарегистрировать с Земли. Таким образом, «звёздотрясение» можно считать ранним индикатором надвигающегося катаклизма.

Раньше всё это можно было описать лишь в рамках теории. Впервые кому-то удалось охватить весь процесс целиком: от инициальных возмущений до формирования наблюдаемого сигнала. В расчётах учтены ключевые параметры — движение плазмы, силу гравитационного взаимодействия, структуру магнитных линий и поведение сверхплотного вещества при колоссальном давлении. Это уже не приближённая схема, а полноценная динамическая модель, отражающая реальную картину.

Для проведения расчётов использовали суперкомпьютер Perlmutter — один из самых мощных в мире, оснащённый графическими ускорителями. Именно GPU позволили выполнить сложнейшие уравнения, описывающие динамику взаимодействий между полями и веществом в условиях чудовищных гравитационных градиентов. Предыдущие попытки на менее производительных кластерах были ограничены в точности: программы попросту «захлёбывались» от нехватки ресурсов.

Ранее обработка информации могла занимать годы и не давать достоверных результатов. Теперь же один запуск симуляции занимает всего 4–5 часов и полностью соответствует физическим ожиданиям.

Расчёты также позволили зафиксировать редкое и крайне кратковременное явление: рождение так называемого чёрнодырного пульсара . Сразу после того как нейтронная звезда исчезает за горизонтом событий, чёрная дыра на короткий миг начинает испускать направленные потоки энергии, схожие по структуре с радиолучами обычного пульсара. Это происходит за счёт остаточных магнитных полей, закручивающихся вокруг объекта и создающих быстро вращающиеся вихри. Однако такая активность длится буквально доли секунды — затем источник снова становится невидимым.

Подобное долго считалось невозможными без сохранившегося твёрдого ядра, но теперь стало ясно: короткий импульс излучения возникает даже на последнем этапе разрушения. Этот переходный режим может сопровождаться вспышками в рентгеновском и радиодиапазоне — и стать ещё одним способом наблюдать подобные события с помощью наземных телескопов.

Ещё одно достижение расчётов связано с формой энергетических выбросов после слияния. Моделирование показало, что линии магнитного поля образуют характерный рисунок, напоминающий юбку балерины — узор возникает в зонах, где встречаются потоки с противоположной направленностью. В этих слоях протекает электрический ток, дополнительно разогревающий окружающую плазму.

По мнению авторов, подобные вычисления открывают путь к более тонкому анализу не только дуэтов с чёрными дырами, но и других компактов — например, двойных нейтронных звёзд или более экзотических систем с нестандартной магнитной геометрией.

Новые данные не просто подтверждают идеи из прошлого — они дают конкретные сигнатуры, по которым можно будет заранее опознать готовящееся слияние. Увидели радиоимпульсы, рентгеновские всплески и короткие гамма-вспышки? Значит, вероятно, где-то во Вселенной очередное светило треснуло, закрутилось и исчезло в бесконечности навсегда.