Penggabungan bintang neutron yang tidak setara menciptakan 'ledakan' unik dalam simulasi – Sains Terkini

Ketika dua bintang neutron saling bertabrakan, hasilnya terkadang berupa lubang hitam yang menelan semua kecuali bukti gravitasi dari tumbukan tersebut. Namun, dalam serangkaian simulasi, tim peneliti internasional termasuk ilmuwan Penn State menentukan bahwa tabrakan ini biasanya tenang – setidaknya dalam hal radiasi yang dapat kita deteksi di Bumi – tabrakan terkadang jauh lebih berisik.

"Ketika dua bintang neutron runtuh yang sangat padat bergabung membentuk lubang hitam, gelombang gravitasi yang kuat muncul dari tumbukan," kata David Radice, asisten profesor fisika dan astronomi dan astrofisika di Penn State dan anggota tim peneliti. "Kami sekarang dapat mengambil gelombang ini menggunakan detektor seperti LIGO di Amerika Serikat dan Virgo di Italia. Lubang hitam biasanya menelan radiasi lain yang bisa keluar dari penggabungan yang dapat kami deteksi di Bumi, tetapi melalui simulasi, kami menemukan bahwa ini mungkin tidak selalu demikian. "

Tim peneliti menemukan bahwa ketika massa dua bintang neutron yang bertabrakan cukup berbeda, semakin besar rekannya merobek semakin kecil. Hal ini menyebabkan penggabungan yang lebih lambat yang memungkinkan "ledakan" elektromagnetik keluar. Para astronom harus dapat mendeteksi sinyal elektromagnetik ini, dan simulasi memberikan tanda tangan dari tabrakan berisik yang dapat dicari oleh para astronom dari Bumi.

Tim peneliti, yang termasuk anggota kolaborasi internasional CoRe (Relativitas Komputasi), mendeskripsikan temuan mereka dalam makalah yang muncul online di Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society.


"Baru-baru ini, LIGO mengumumkan penemuan peristiwa merger di mana kedua bintang tersebut kemungkinan memiliki massa yang sangat berbeda," kata Radice. "Konsekuensi utama dalam skenario ini adalah bahwa kami mengharapkan pasangan elektromagnetik yang sangat khas ini ke sinyal gelombang gravitasi."

Setelah melaporkan deteksi pertama dari penggabungan bintang neutron pada tahun 2017, pada tahun 2019, tim LIGO melaporkan yang kedua, yang mereka beri nama GW190425. Hasil dari tabrakan 2017 adalah tentang apa yang diharapkan para astronom, dengan massa total sekitar 2,7 kali massa matahari kita dan masing-masing dari dua bintang neutron memiliki massa yang hampir sama. Tapi GW190425 jauh lebih berat, dengan massa gabungan sekitar 3,5 massa matahari dan rasio kedua peserta lebih tidak sama – mungkin setinggi 2 banding 1.

"Sementara perbedaan massa 2 banding 1 mungkin tidak tampak seperti perbedaan besar, hanya kisaran kecil massa yang mungkin untuk bintang neutron," kata Radice.

Bintang neutron hanya dapat ada dalam kisaran massa yang sempit antara sekitar 1,2 dan 3 kali massa Matahari kita. Sisa-sisa bintang yang lebih ringan tidak runtuh untuk membentuk bintang neutron dan malah membentuk katai putih, sementara benda yang lebih berat langsung runtuh untuk membentuk lubang hitam. Ketika perbedaan antara bintang yang bergabung menjadi sebesar di GW190425, para ilmuwan menduga bahwa penggabungan bisa jadi lebih berantakan – dan lebih keras dalam radiasi elektromagnetik. Para astronom tidak mendeteksi sinyal seperti itu dari lokasi GW190425, tetapi cakupan area langit tersebut dengan teleskop konvensional hari itu tidak cukup baik untuk mengesampingkannya.

Untuk memahami fenomena tabrakan bintang neutron yang tidak sama, dan untuk memprediksi tanda tabrakan yang dapat dicari astronom, tim peneliti menjalankan serangkaian simulasi menggunakan platform Jembatan Pittsburgh Supercomputing Center dan platform Komet San Diego Supercomputer Center – keduanya di Jaringan XSEDE dari pusat superkomputer dan komputer National Science Foundation – dan superkomputer lainnya.

Para peneliti menemukan bahwa ketika dua bintang neutron yang disimulasikan berputar ke arah satu sama lain, gravitasi bintang yang lebih besar merobek pasangannya. Itu berarti bahwa bintang neutron yang lebih kecil tidak mengenai pasangan mbrore masifnya sekaligus. Pembuangan awal materi bintang yang lebih kecil mengubah yang lebih besar menjadi lubang hitam. Tapi sisa masalahnya terlalu jauh untuk bisa ditangkap oleh lubang hitam dengan segera. Sebaliknya, hujan materi yang lebih lambat ke dalam lubang hitam menciptakan kilatan radiasi elektromagnetik.


Tim peneliti berharap tanda tangan simulasi yang mereka temukan dapat membantu astronom menggunakan kombinasi detektor gelombang gravitasi dan teleskop konvensional untuk mendeteksi sinyal berpasangan yang akan menandai pecahnya bintang neutron yang lebih kecil yang bergabung dengan yang lebih besar.

Simulasi tersebut memerlukan kombinasi kecepatan komputasi yang tidak biasa, memori dalam jumlah besar, dan fleksibilitas dalam memindahkan data antara memori dan komputasi. Tim tersebut menggunakan sekitar 500 inti komputasi, yang berjalan selama berminggu-minggu, lebih dari 20 instans terpisah. Banyaknya besaran fisik yang harus diperhitungkan dalam setiap perhitungan membutuhkan sekitar 100 kali lebih banyak memori daripada simulasi astrofisika biasa.

"Ada banyak ketidakpastian seputar sifat-sifat bintang neutron," kata Radice. "Untuk memahaminya, kita harus mensimulasikan banyak model yang mungkin untuk melihat mana yang kompatibel dengan pengamatan astronomi. Simulasi tunggal dari satu model tidak akan memberi tahu kita banyak; kita perlu melakukan sejumlah besar simulasi komputasi yang cukup intensif. Kita memerlukan kombinasi kapasitas tinggi dan kapabilitas tinggi yang hanya dapat ditawarkan oleh mesin seperti Bridges. Pekerjaan ini tidak akan mungkin terjadi tanpa akses ke sumber daya superkomputer nasional semacam itu. "

Referensi:

Bahan disediakan oleh Penn State. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.