زمانی که یک سیاه‌چاله و یک ستاره نوترونی سرانجام به هم می‌رسند، نتیجه آن ویرانی کیهانی است — و اکنون، به لطف شبیه‌سازی‌های جدید ابررایانه‌ای موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک)، ما شاهد مستقیم این نمایش ترسناک هستیم.
در دو مطالعه جدید که در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده‌اند، پژوهشگران به رهبری الیاس موست، اخترفیزیکدان کلتک، دقیق‌ترین شبیه‌سازی‌ها تا به امروز از برخورد ستاره نوترونی و سیاه‌چاله را انجام داده‌اند. این رویدادهای خشونت‌بار از شدیدترین پدیده‌های جهان هستند، و این پژوهش جدید نشان می‌دهد چه اتفاقی در ثانیه‌ها — و حتی هزارم ثانیه‌ها — پیش از نابودی کامل ستاره نوترونی رخ می‌دهد.
یکی از این مقالات، که سال گذشته منتشر شد، نتایج شبیه‌سازی زمین‌لرزه‌های سطح ستاره نوترونی را پیش از بلعیده شدن توسط سیاه‌چاله توصیف می‌کند. مقاله دوم که در پایان ماه مارس منتشر شد، به بررسی "پالسارهای سیاه‌چاله‌ای" و موج‌های شوکی عظیمی می‌پردازد که بر اثر این خشونت تولید می‌شوند.
تصویر بالا از شبیه‌سازی تیم تحقیقاتی، جریان‌های پلاسمای مغناطیسی را نشان می‌دهد که پس از ادغام ستاره نوترونی با سیاه‌چاله، به بیرون پرتاب می‌شوند. هنگامی که گرانش سیاه‌چاله وارد عمل می‌شود، پوسته فوق‌العاده چگال ستاره نوترونی نه تنها کشیده می‌شود، بلکه ترک می‌خورد.
موست در یک بیانیه از کلتک گفت: «پوسته ستاره نوترونی درست مثل زمین در یک زلزله شکافته می‌شود. گرانش سیاه‌چاله ابتدا سطح ستاره را برش می‌دهد، باعث زلزله‌هایی در آن می‌شود و شکاف‌هایی را باز می‌کند.»
این ترک‌خوردگی‌ها موج‌هایی به نام موج آلفوِن (Alfvén waves) ایجاد می‌کنند — نوسانات مغناطیسی‌ای که مانند طنابی که ناگهان کشیده شود، در سطح ستاره حرکت می‌کنند. این امواج ممکن است باعث انفجارهای رادیویی سریع شوند — همان فلاش‌های رادیویی میلی‌ثانیه‌ای که گاهی از اعماق فضا دریافت می‌کنیم. برای نخستین بار، این شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این لرزش‌ها چگونه می‌توانند شوک‌های فوق‌العاده قدرتمندی ایجاد کنند که به بیرون از ستاره و به درون کیهان منتشر می‌شوند.
در یک شبیه‌سازی پیرو، تیم تحقیقاتی مدل‌سازی کرد که وقتی سیاه‌چاله ستاره نوترونی را می‌بلعد، چه اتفاقی می‌افتد — و این حتی شدیدتر از آن لرزش‌های عظیم است. این فروپاشی موج‌های شوکی منتشر می‌کند که از قدرتمندترین موج‌هایی هستند که تاکنون در کیهان نظریه‌پردازی شده‌اند. این امواج نیز ممکن است انفجارهایی از امواج رادیویی یا حتی پرتوهای ایکس و گاما منتشر کنند، پیش از آن‌که سکوت کامل برقرار شود.
اما این تمام ماجرا نیست. شبیه‌سازی‌های این تیم همچنین وجود یک "پالسار سیاه‌چاله‌ای" را آشکار کرد — جسمی عجیب که مانند یک پالسار معمولی رفتار می‌کند، یعنی ستاره‌ای با چرخش سریع که پرتوهایی از نور را به فضا می‌فرستد. همان‌طور که از نامش پیداست، در این مورد، به‌جای یک ستاره، سیاه‌چاله‌ای در مرکز آن قرار دارد.
برای لحظه‌ای کوتاه پس از بلعیدن ستاره نوترونی، سیاه‌چاله با بادهای مغناطیسی احاطه می‌شود که مانند نورافکن‌های یک پالسار عمل می‌کنند. این جسم فرضی پیش‌تر فقط در نظریه‌ها مطرح شده بود، اما اکنون ما تصویر دقیقی از چگونگی شکل‌گیری آن و نحوه جستجوی آن در اختیار داریم.
تیم تحقیقاتی برای شبیه‌سازی این تعاملات، از ابررایانه پرلموتر در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی استفاده کرد.
موست گفت: «وقتی ادغام دو سیاه‌چاله را شبیه‌سازی می‌کنید، برای توصیف امواج گرانشی فقط به معادلات نسبیت عام نیاز دارید. اما زمانی که یک ستاره نوترونی در کار باشد، فیزیک بسیار پیچیده‌تری وارد ماجرا می‌شود، از جمله فیزیک هسته‌ای پیچیده ستاره و دینامیک پلاسمای اطراف آن.»
این شبیه‌سازی‌ها که در هماهنگی با داده‌های واقعی گروه‌هایی مانند همکاری LIGO-Virgo-KAGRA بررسی می‌شوند، می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا برخوردهای ستاره نوترونی–سیاه‌چاله‌ای را بهتر شناسایی و درک کنند.