Модель слияния двойных звёзд: как астрофизики проверяют новые законы гравитации

Представьте, что вы можете замедлить время и увидеть последний величественный танец двух умирающих звёзд. Именно это и удалось смоделировать учёным из БФУ им. Канта. Их новая компьютерная модель заглядывает в самые драматичные моменты жизни двойных систем, где кончается топливо и в дело вступает чистая гравитация. А заодно — проверяет, не пора ли нам переписать законы физики.

Здесь работает простое правило: чем больше частиц в симуляции, тем ближе она к звёздной реальности.

Чтобы смоделировать внутренности звезды, учёные используют хитрый трюк. Они представляют вещество — будь то газ, жидкость или плазма — как сплошную, непрерывную среду. Эту среду затем дробят на миллионы условных частиц, каждая из которых обладает своими параметрами: плотностью, давлением, температурой. Представьте, что вы описываете океан не по каждой молекуле воды, а по миллиарду капель. Примерно так же.

Моделировать каждый атом в звезде — задача для суперкомпьютеров будущего. Их слишком много. Поэтому астрофизики используют крупные «куски» вещества, чьё поведение в среднем похоже на поведение триллионов атомов. Статистика — наш главный союзник в познании космоса.

«В нашей симуляции умирающая звезда-карлик представлена 1.2 миллионами таких частиц, — рассказывает Алексей Байгашов, руководитель Астрономического сообщества БФУ. — Когда термоядерное топливо заканчивается, звезда раздувается ударными волнами. С одиночными звёздами всё более-менее ясно. Но большинство светил живут парами! Их эволюция — совсем другая история». И куда более захватывающая, стоит заметить.

Модель слияния двойных звёзд: как астрофизики проверяют новые законы гравитации

Учёные разыграли сценарий, где одна звезда в паре уже стала белым карликом — плотным пеплом былого огня. Вторая же находится на последнем издыхании, раздувшись до невероятных размеров. Моделирование начинается в ключевой момент: когда внешние слои этой раздувшейся звезды накрывают её соседа-карлика. И начинается невероятная гравитационная битва.

«Вещество начинает разбрасываться под действием тяготения обоих объектов, — объясняет Алексей Байгашов. — Изначально это была стабильная пара. Если бы они просто вращались друг вокруг друга в пустоте, так бы и продолжалось вечно. Но оболочка звезды действует как космический тормоз, искажая орбиты. Белые карлики начинают сближаться». Их спираль смерти закручивается всё туже. Жутковатое и прекрасное зрелище, не правда ли?

Зачем всё это нужно, кроме красивого видео? Оказывается, такие модели — идеальный полигон для проверки альтернативных теорий гравитации. Эти теории пытаются объяснить странности в движении галактик без привлечения тёмной материи и тёмной энергии, просто подправляя уравнения Эйнштейна. А что может быть лучше для испытания, чем экстремальные условия слияния звёзд?

Байгашов подчёркивает: фундаментальная наука, кажущаяся абстрактной, — это двигатель будущих технологий. Создание детальных звёздных моделей не просто учёная головоломка. Это необходимый шаг к открытиям, которые однажды перевернут наше представление о Вселенной. И, кто знает, может, и наши технологии здесь, на Земле.