不平等的中子星合并产生的模拟中的独特“砰”声

当两个中子星猛烈撞击时，有时会形成一个黑洞，吞没碰撞的所有引力证据。但是，在一系列模拟中，包括宾州州立大学科学家在内的国际研究人员小组确定，这些碰撞通常很安静（至少就我们在地球上可以探测到的辐射而言）有时会产生更大的干扰。

宾州州立大学物理学和天文学与天体物理学助理教授，研究小组成员戴维•拉迪斯（David Radice）说：“当两个令人难以置信的密集坍塌的中子星合并形成一个黑洞时，强烈的引力波就会从撞击中产生。”“我们现在可以使用美国的LIGO和意大利的处女座等探测器来拾取这些波。黑洞通常会吞下合并产生的任何其他辐射，这些辐射我们可以在地球上检测到，但是通过我们的模拟，我们发现情况并非总是如此。”

研究小组发现，当两个碰撞中子星的质量足够不同时，较大的同伴会撕裂较小的。这会导致合并速度变慢，从而使电磁“爆炸”声逃逸。天文学家应该能够检测到这种电磁信号，并且模拟提供了天文学家可能从地球上寻找的这些嘈杂碰撞的信号。

该研究小组由国际合作的CoRe（计算相对论）成员组成，在网上发表在《皇家天文学会月刊》上的一篇论文中描述了他们的发现。

通过一系列模拟，一个国际研究人员小组确定，中子星的某些合并会产生应该从地球上可以检测到的辐射。当不等质量的中子星合并时，较小的恒星会被其巨大伴星的潮汐力撕裂（左图）。较小的伙伴的大部分质量都落在大质量恒星上，导致其坍塌并形成黑洞（中间）。但是一些物质被喷射到太空中。其余部分回落，在黑洞（右）周围形成巨大的吸积盘。

Radice说：“最近，LIGO宣布发现一项合并事件，在合并事件中，两颗星的质量可能大不相同。”“在这种情况下的主要结果是，我们期望引力波信号具有这种非常有特色的电磁对应物。”

在报告2017年首次发现中子星合并之后，LIGO团队于2019年报告了第二次中子星合并，他们将其命名为GW190425。2017年碰撞的结果与天文学家的预期相符，其总质量约为我们太阳质量的2.7倍，两个中子星各自的质量大致相等。但是GW190425重得多，它们的总质量约为3.5太阳质量，两个参与者的比例更不相等-可能高达2比1。

Radice说：“虽然质量差异似乎不是2：1的大差异，但中子星的质量范围却很小。”

中子星只能存在于质量约为我们太阳质量的1.2至3倍的狭窄范围内。较轻的恒星残骸不会坍塌而形成中子星，而是形成白矮星，而较重的天体则直接塌陷而形成黑洞。当合并恒星之间的差异变得与GW190425中的差异一样大时，科学家们怀疑合并可能更加混乱，电磁辐射也更大。天文学家没有从GW190425的位置检测到这样的信号，但是那天常规望远镜对天空的覆盖范围还不足以排除它。

为了了解不相等的中子星碰撞现象，并预测天文学家可能会寻找的碰撞征兆，研究团队使用美国匹兹堡超级计算中心的Bridges平台和圣地亚哥超级计算机中心的Comet平台进行了一系列模拟（均在美国国家科学中心进行）科学基金会的超级计算中心和计算机以及其他超级计算机的XSEDE网络。

研究人员发现，当两个模拟的中子星彼此相对旋转时，较大恒星的引力将其伙伴撕裂。这意味着较小的中子星并没有立即撞击到其更大质量的伴星上。最初较小的恒星物质的倾泻使较大的恒星变成黑洞。但是，它的其余部分距离黑洞太远，无法立即捕获。相反，物质进入黑洞的速度较慢，产生了电磁辐射的闪光。

研究小组希望，他们发现的模拟信号能够通过结合重力波探测器和传统望远镜帮助天文学家检测成对的信号，这些信号将预示着较小的中子星与较大的中子星合并破裂。

这些模拟需要计算速度，大量内存以及在内存和计算之间移动数据的灵活性的不寻常组合。该团队使用了大约500个计算核心，在大约20个不同的实例上一次运行了数周。每次计算中必须考虑的许多物理量所需的存储量是典型的天体物理模拟的大约100倍。

Radice说：“围绕中子星的特性存在很多不确定性。”“为了理解它们，我们必须模拟许多可能的模型，以查看哪些模型与天文观测结果兼容。一个模型的单个模拟不会告诉我们太多；我们需要执行大量相当计算密集的仿真。我们需要高容量和高性能的结合，而只有Bridges这样的机器才能提供。如果没有这种国家的超级计算资源，这项工作将是不可能的。”

参考：Sebastiano Bernuzzi，Matteo Breschi，Boris Daszuta，Andrea Endrizzi，Domenico Logoteta，Vsevolod Nedora，Albino Perego，David Radice，Federico Schianchi，Francesco撰写的“不对称中子星合并，动力喷射和千新星信号中由吸积引起的迅速黑洞形成” Zappa，Ignazio Bombaci和Nestor Ortiz，2020年6月27日，皇家天文学会月报。
10.1093 / mnras / staa1860