研究人员利用超级计算机模拟研究中子星碰撞形成的残余物，在那里可能会形成残余物，并避免坍缩成黑洞。这些残余物通过中微子辐射冷却，它们的结构让人了解核物质的行为以及防止黑洞形成的可能性。

这项研究不仅通过中微子辐射揭示了这些残余物的动力学和冷却过程，而且还提供了对极端条件下核物质行为的重要见解。 这些发现有助于我们理解天文事件以及可能或不可能导致黑洞形成的条件。

在中子星碰撞之后，一个被称为残余物的新天体出现了， 科学家们仍在揭开它的秘密，包括它是否会坍缩成黑洞，以及坍缩的速度有多快。

通过先进的超级计算机模拟，科学家们深入研究了这些残余物的内部结构，并主要通过中微子辐射探索了它们的冷却过程。 这些发现揭示了一个被快速旋转的热物质环包围的中心天体。 如果这些残余物避免了坍缩，科学家们预计它们会在形成后的几秒钟内释放出大部分内部能量。

假彩色图，显示中子星合并后约 100 毫秒，中子星合并残余物赤道面（下）和子午面（上）的质量密度。 资料来源：David Radice

通过观察中子星在太空中合并的过程，科学家们可以深入了解核物质在地球上无法复制的极端条件下是如何表现的。 核物质是由质子和中子在强力作用下结合在一起的一种假想物质。 科学家们尤其感兴趣的是强力的压力能否阻止黑洞的形成。

在这项研究中，科学家们重点研究了中子星合并但没有变成黑洞之后的情况。 研究探索了中子星的早期演化，也就是它们刚刚诞生的那一刻。 这项研究是确定有助于回答中子星和黑洞形成问题的天文信号的起点。

宾夕法尼亚州立大学的科学家们使用超级计算机模拟广义相对论中微子辐射流体力学来了解中子星合并残余物的内部结构。 他们还研究了残余物如何通过发射中微子来降温。

研究发现，中子星合并残余物由一个中央天体组成，该天体拥有系统的大部分质量，周围是一个快速旋转的热物质环，该物质环的质量很小，但角动量却很大。 与大多数恒星不同的是，内部残余物的表面温度高于核心温度，因此当残余物通过发射中微子冷却时，预计不会形成对流羽流。

在引力波主导阶段（合并后 20 毫秒）之后，中微子冷却成为主要的能量损失机制。 在早期，电子味反中微子光度高于电子味中微子光度，导致残余物外层的电子分量持续增加。 然而，在合并后20-40毫秒，两种光度变得不相上下。 在残余物的外核形成了电子反中微子的稠密气体，密度为10∼10^14.5 g cm^-3 ，与温度热点相对应。 中微子占该区域轻子数量的 10%。 尽管径向温度梯度为负值，但径向熵梯度仍为正值，根据勒杜对流准则，残余物是稳定分层的。 从恒星间碰撞界面挤出的物质形成了一个巨大的吸积盘。 吸积盘承载了系统的大部分角动量，使残余的大质量中子星在可能的、稳定的、刚性旋转构型区域内达到准稳定平衡。 残余中子星在不同程度上旋转，但它在磁旋转不稳定性面前是稳定的。 其他在更长时间尺度上运行的 MHD 机制可能是消除差转的原因。结果表明，残余大质量中子星与在核心坍缩超新星中形成的原中子星有着本质的区别。

这项工作使用了能源部国家能源研究科学计算中心、德国莱布尼茨超级计算中心和宾夕法尼亚州立大学计算和数据科学研究所提供的计算资源。

编译自/SciTechDaily

DOI: 10.3847/1538-4357/ad0235.