在已知宇宙中最強大事件之一的兩(liang) 顆中子星合並中，科學家們(men) 正在越來越好地對複雜的物理性質進行建模。中子星直徑約為(wei) 12英裏（約20km），但密度極其高，一茶匙的中子星物質，相當於(yu) 1125座金門大橋或2735座帝國大廈的重量。2017年8月17日，科學家們(men) 觀察到引力波的特征以及相關(guan) 爆炸爆發，即所謂的基洛諾娃，這可以用兩(liang) 顆中子星的合並碰撞來最好地解釋。2019年4月25日，又一次可能的中子星合並事件，是完全基於(yu) 引力波的測量。

雖然這些事件可以幫助比較和驗證研究人員開發的物理模型，以了解在這些中子星合並中起作用的是什麽(me) ，但研究人員仍然必須從(cong) 零開始，才能在這些模型中構建正確的物理模型。在《皇家天文學會(hui) 月刊》上發表的一項研究中，由西北大學科學家領導的一個(ge) 研究小組：模擬了合並後物質盤的形成。一次巨大的拋射物質爆炸，以及圍繞剩餘(yu) 物體(ti) （要麽(me) 是更大的中子星，要麽(me) 是黑洞）啟動高能射流的過程。

研究小組包括能源部勞倫(lun) 斯·伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)、加州大學伯克利分校、艾伯塔大學和新漢普郡大學的科學家。為(wei) 了使模型比之前的努力更逼真，研究小組建立了三個(ge) 獨立的模擬，測試圍繞合並的強大磁場的不同幾何形狀。研究的合著者、阿爾伯塔大學研究員羅德裏戈·費爾南德斯說：（下麵這張動態圖一定要仔細看，多看會(hui) 時間，你就能看到最精彩的部分）

我們(men) 從(cong) 一套物理原理出發，進行以前沒有人在這個(ge) 水平上做過的計算。然後問，是否相當接近觀察結果，或者是否遺漏了什麽(me) 重要的東(dong) 西？進行的三維模擬，包括在伯克利實驗室的國家能源研究科學計算中心(NERSC)的計算時間，涉及600多萬(wan) 個(ge) 小時的CPU(計算機處理單元)時間。這些模擬考慮了廣義(yi) 相對論磁流體(ti) 動力學(GRMHD)效應，其中包括與(yu) 磁場和類流體(ti) 物質相關(guan) 的屬性，以及以接近光速傳(chuan) 播的物質和能量屬性。

研究人員指出，這些模擬在模擬黑洞和中子星的合並過程中也可能被證明是有用的。為(wei) 了模擬基洛諾娃爆發，這是一種創造元素的事件，這也是向太空播撒重元素的重要事件。研究小組對其總拋射質量、平均速度和成分進行了估計，有了這三個(ge) 量，就可以估計光曲線是否會(hui) 有合適的光度、顏色和演化時間。這些基洛諾娃爆發有兩(liang) 個(ge) 普遍的組成部分：一個(ge) 在幾天的過程中演變，其特征是它在峰值時發出標誌性的藍頻光；

另一個(ge) 持續數周，有一個(ge) 相關(guan) 近紅外光的色峰，最新模擬旨在模擬基洛諾娃的這些藍色和紅色成分。這些模擬也有助於(yu) 解釋合並後向外散發的強大能量噴流發射，包括由於(yu) 強大交變磁場影響而產(chan) 生的噴流的“條紋”特征。可以觀察到這些噴流是伽馬射線爆發，就像2017年的事件一樣。加州大學伯克利分校(UC Berkeley)物理學和天文學副教授、伯克利實驗室核科學部科學家丹尼爾·卡森(Daniel Kasen)說：

磁場提供了一種利用旋轉黑洞的能量，並用它發射以接近光速移動氣體(ti) 射流的方法。這種射流可以產(chan) 生伽馬射線爆發，以及延長的射電和X射線發射，所有這些都出現在2017年的事件中。雖然模擬還沒有準確地反映觀測結果，模擬顯示藍色基洛諾娃的質量低於(yu) 紅色合並產(chan) 生的超大質量中子星。以及與(yu) 合並事件相關(guan) 的豐(feng) 富中微子，不受影響地穿過大多數類型物質的幽靈粒子，更好模型，才能改進模型。

這個(ge) 模型確實受益於(yu) 圍繞黑洞旋轉的物質盤(吸積盤)模型，以及中微子冷卻特性模型，與(yu) 合並事件相關(guan) 的中子和質子體(ti) 積，以及與(yu) 基洛諾娃相關(guan) 物質創造過程的模型。模擬窺探了最極端的環境，比如在新生黑洞外晃動的這個(ge) 漩渦，並觀察和了解重元素是如何形成的。模擬表明，2017年8月觀察到的中子星合並，很可能沒有在緊隨其後形成黑洞，而且最強的磁場是甜甜圈狀。此外，這些模擬與(yu) 一些長期存在的流體(ti) 行為(wei) 模型基本一致。

博科園｜研究/來自：勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室

參考期刊《皇家天文學會(hui) 月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2552