Siêu máy tính mô phỏng lỗ đen 'xé toạc' sao neutron

Nghiên cứu của nhóm tác giả Yoonsoo Kim, Elias R. Most, Andrei M. Beloborodov và Bart Ripperda từ Viện Công nghệ California được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn cho thấy lực hấp dẫn cực mạnh từ lỗ đen bắt đầu "xé rách" bề mặt sao neutron khi hai thiên thể xoắn ốc tiến gần nhau. Hiện tượng này làm vỡ lớp vỏ sao một cách bạo lực, gây ra những cơn rung chấn giống động đất khổng lồ.

Ba khung hình này được chụp từ mô phỏng siêu máy tính về vụ sáp nhập giữa lỗ đen (vòng tròn đen lớn) và sao neutron (khối màu). Các hình ảnh tiến triển theo thời gian từ trái sang phải, cho thấy lực hấp dẫn cực mạnh của lỗ đen kéo giãn sao neutron trước khi lỗ đen cuối cùng nuốt chửng hoàn toàn. Nguồn: caltech

Lớp vỏ sao neutron sẽ nứt toác giống như mặt đất trong trận động đất. Lực hấp dẫn của lỗ đen trước tiên cắt xé bề mặt sao, gây ra những cơn rung chấn và tạo thành các vết nứt.

Các nhà nghiên cứu phát hiện quá trình nứt vỡ này tạo ra những gợn sóng từ trường cực mạnh, gọi là sóng Alfvén, lan truyền qua từ quyển của sao. Những sóng này đủ mạnh để tạo ra các luồng tín hiệu radio mà kính thiên văn có thể phát hiện, cung cấp dấu hiệu cảnh báo về va chạm vũ trụ sắp xảy ra.

Dù các mô hình trước đây đã dự đoán những vết nứt trên lớp vỏ như vậy, đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu nắm bắt được toàn bộ vật lý của quá trình đang diễn ra. Mô phỏng này cũng đưa ra dự đoán rõ ràng nhất về loại bùng phát điện từ có thể đi kèm với thời điểm vỡ vụn.

Nhóm nghiên cứu sử dụng siêu máy tính Perlmutter, một trong những hệ thống GPU mạnh nhất thế giới, để thực hiện mô phỏng. Các chip GPU vốn được biết đến trong việc chạy chương trình AI và trò chơi điện tử, giúp các nhà nghiên cứu giải quyết những phương trình cực kỳ phức tạp cần thiết để mô phỏng tương tác giữa vật chất, trọng lực và từ trường trong những sự kiện vũ trụ bạo lực như vậy.

Hình minh họa mô tả một lỗ đen được quay quanh bởi sao neutron bị nứt. Nguồn: caltech

Việc mô phỏng thực tế mất khoảng 4-5 giờ để chạy.Nhóm nghiên cứu làm việc với các mô phỏng tương tự trong khoảng hai năm bằng siêu máy tính không có GPU trước khi chạy chúng trên Perlmutter.

Trong mô phỏng thứ hai cũng chạy trên Perlmutter, nhóm nghiên cứu khám phá điều gì xảy ra trong khoảnh khắc cuối cùng sau khi sao neutron bị nuốt chửng. Những sóng mạnh này có thể phát ra các luồng tia X và tia gamma, thêm một tín hiệu quan sát tiềm năng khác cho các nhà thiên văn học.

Nguồn: caltech

Nhóm nghiên cứu cho biết, nó giống như sóng biển. Đại dương ban đầu yên tĩnh, nhưng khi sóng vào bờ, chúng dốc lên cho đến khi cuối cùng vỡ tung. Trong mô phỏng có thể thấy sóng từ trường vỡ thành sóng xung kích khổng lồ.

Cùng mô phỏng này cũng chỉ ra sự hình thành một hiện tượng hiếm và tồn tại ngắn ngủi, gọi là pulsar lỗ đen. Trong một phần nhỏ giây sau vụ sáp nhập, từ trường còn sót lại từ sao neutron bị lỗ đen đẩy ra dưới dạng những luồng gió từ quay. Những luồng gió này bắt chước các chùm tia đặc trưng của pulsar, một sao neutron quay nhanh phát ra ánh sáng theo xung hẹp và lặp lại trước khi nhanh chóng mờ dần.

Những phát hiện này mở ra cánh cửa để xác định các vụ sáp nhập giữa lỗ đen và sao neutron bằng quan sát dựa trên ánh sáng. Cho đến nay, hầu hết các vụ sáp nhập như vậy được phát hiện thông qua sóng hấp dẫn.

Với các mô phỏng chỉ ra tín hiệu điện từ có thể có như luồng radio, tia X và tia gamma, các nhà thiên văn học sớm có thể quan sát những va chạm vũ trụ này bằng kính thiên văn trên nhiều dải phổ khác nhau.

Trung Quốc phóng 12 vệ tinh để xây dựng siêu máy tính đầu tiên trên quỹ đạo Trung Quốc phóng 12 vệ tinh để xây dựng siêu máy tính trên quỹ đạo, mở ra khả năng xử lý dữ liệu trực tiếp, ...

Foxconn xây siêu máy tính AI 10.000 GPU NVIDIA Blackwell tại Đài Loan Tập đoàn Foxconn vừa công bố dự án xây dựng siêu máy tính AI trang bị 10.000 chip GPU NVIDIA Blackwell tại Đài Loan (Trung ...

Phát triển công nghệ mô phỏng theo dõi 24.000 electron 'nhảy múa' theo thời gian thực Nhóm nghiên cứu Oak Ridge (Mỹ) đã phát triển công nghệ mô phỏng chuyển động electron siêu nhanh, mở đường cho pin mặt trời và ...