中性子星を飲み込むブラックホールの新しいコンピューターシミュレーションが、これらの宇宙衝突で実際に何が起こるのかについて科学界で興味深い議論を巻き起こしている。この研究は星震や衝撃波について驚くべき詳細を示している一方で、専門家らはこれらの合体に関する当初の主張が完全に正確かどうかを疑問視している。
議論の中心となっているのは、ブラックホールが通常、他の宇宙衝突で見られるような光る物質の雲を作ることなく中性子星を丸ごと飲み込むという研究の重要な記述である。しかし、一部の科学者はこれが全体像ではないと主張している。
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| 記事で議論されている宇宙現象を表現した、ブラックホールと白色矮星の芸術的描写 |
金生成論争
意見の相違の主要な点は、これらのブラックホール・中性子星合体が実際に金のような重元素を生成できるかどうかに関わっている。元の研究では、中性子星同士の衝突と比較して多くの物質を生成しないと示唆している。しかし、コミュニティでの議論により、これは過度に単純化されている可能性があることが明らかになった。
最近の研究によると、ブラックホールが中性子星を消費する際でも、一部の物質は逃げ出すという。これには中性子星の地殻からの鉄と、r過程核合成と呼ばれるプロセスを受ける自由中性子が含まれる。このプロセスは、金を含む周期表上の鉄より重い多くの元素の生成を担っている。
「通常、地球質量の3倍から13倍の金の生成が典型的である。この総質量は合体した天体の最終質量と比較すると取るに足らないが、周期表上の鉄より重い多くの元素を生成するエンジンでもある。」
生成される金の量は関与する巨大な天体と比較すると少なく見えるかもしれないが、宇宙で重元素がどのように形成されるかを理解する上では依然として重要である。
重元素生成の推定値:
- 金の生成量：合体1回あたり地球質量の3〜13倍
- プロセス：R過程恒星核合成
- 材料：鉄核（地殻由来）＋自由中性子
- 意義：周期表で鉄より重い元素を生成
高度なコンピューターシミュレーションが新たな詳細を明らかに
研究チームは特別なグラフィック処理装置（ GPU ）を搭載した強力なスーパーコンピューターを使用して、これらの詳細なシミュレーションを作成した。ビデオゲームや ChatGPT のような AI プログラムを動かすのと同じ技術が、中性子星がブラックホールの重力によって引き裂かれる際に何が起こるかを科学者がモデル化するのに役立った。
これらのシミュレーションにより、中性子星が強い重力の下で卵のようにひび割れ、電波を放出する星震を起こすことが明らかになった。中性子星周辺の磁場は激しく振動する弦のように作用し、将来の望遠鏡が検出できる可能性のある信号を生成する。
シミュレーションはまた、宇宙で最も強力な部類に入る巨大な衝撃波の形成も示した。これらは中性子星が消失する直前に検出可能な電波信号を生成する可能性がある。
シミュレーション仕様:
- 実行時間: シミュレーション1回あたり4-5時間
- スーパーコンピュータ: Perlmutter ( Lawrence Berkeley National Laboratory )
- 技術: GPU 駆動並列コンピューティング
- 過去の試行: 非 GPU スーパーコンピュータを使用して2年以上（失敗）
将来の検出可能性
この研究を興味深いものにしているのは、天文学者が何を探すべきかを知るのに役立つ可能性である。シミュレーションは、高速電波バーストやX線フラッシュを含む、望遠鏡が検出する可能性のある特定の種類の信号を予測している。
LIGO のような現在の重力波検出器は、これらの合体が起こる数秒前にそれを発見することができ、科学者らはこれを1分間まで延長することに取り組んでいる。この早期警告システムにより、天文学者はこれらの現象に望遠鏡を向け、予測される光のショーを捉えるためのより多くの時間を得ることができるだろう。
この議論は、コンピューターシミュレーションと観測技術の両方が向上するにつれて、これらの極端な宇宙現象に対する我々の理解が進化し続けていることを浮き彫りにしている。