Ongekende details van de nasleep van een botsing tussen twee neutronensterren afgebeeld in een 3D-computermodel gemaakt door een astrofysicus van de Universiteit van Alberta, geeft een beter begrip van hoe sommige van de fundamentele elementen van het universum zich vormen bij kosmische botsingen.

"De botsing creëert zware elementen, waaronder goud en lood, " zei Rodrigo Fernández, die werkte met een internationaal onderzoeksteam dat gebruikmaakte van supercomputers in het Amerikaanse National Energy Research Scientific Computing Center en gegevens van een botsing die wetenschappers in augustus 2017 hebben gedetecteerd - de eerste dergelijke botsing ooit waargenomen.

"We zagen ook voor het eerst een gammastraaluitbarsting van twee botsende neutronensterren. Er komt een grote hoeveelheid wetenschap uit die ontdekking, " hij voegde toe, inclusief het helpen van onderzoekers om de massa van de neutronensterren te berekenen en zelfs te bevestigen hoe snel het universum uitdijt.

Neutronensterren zijn de kleinste en dichtste sterren, meer massa dan de zon van de aarde inpakken in een gebied ter grootte van een stad. Als twee van hen botsen, ze versmelten in een lichtflits en puin, bekend als een kilonova, als materiaal naar buiten explodeert.

Tot nu, computersimulaties van de botsingen zijn niet geavanceerd genoeg om te verklaren waar al dat materiaal terechtkomt.

Bijvoorbeeld, het nieuwe 3D-model laat zien dat de accretieschijf - de verzameling overgebleven puin die rond de gecombineerde ster draait - twee keer zoveel materiaal en met hogere snelheden uitwerpt in vergelijking met eerdere 2D-modellen.

"Hoewel onze resultaten niet alle discrepanties volledig met elkaar verzoenen, ze brengen de cijfers dichter bij elkaar, " Fernandez zei, eraan toevoegend dat zijn model een beter begrip geeft van hoe zware elementen worden gemaakt en in de ruimte worden uitgeworpen.

Door de nasleep van de botsing zo gedetailleerd te modelleren, Fernández en het team waren ook in staat om een ​​andere manier te verklaren waarop materie door de botsing werd weggeslingerd:op een astrofysische jet, een smalle pluim van deeltjes en straling schoot met bijna de lichtsnelheid naar buiten toen de sterren op elkaar botsten. De jet wordt ook beschouwd als de bron van de gammaflits.

"Er werd verwacht dat we straaljagers zouden vinden, maar dit is de eerste keer dat we dit in voldoende detail hebben kunnen modelleren om dit effect te zien ontstaan, ", legde Fernandez uit.

Het modelleren van het evenement in 3D was geen gemakkelijke taak, hij voegde toe. Hoewel een neutronensterbotsing in slechts milliseconden plaatsvindt, de accretieschijf kan seconden duren. De vorming ervan omvat ook complexe fysica en veel fysieke processen die allemaal tegelijk plaatsvinden, waardoor het veel moeilijker wordt voor computers om te simuleren.

"Onder de processen op het werk, de belangrijkste boosdoener is eigenlijk het magnetische veld dat op de materie inwerkt, " merkte Fernández op. "We kennen de vergelijkingen die dat proces beschrijven, maar de enige manier waarop we ze goed kunnen beschrijven is in 3D. Dus, niet alleen moet je de simulatie lang draaien, je moet het ook in drie dimensies modelleren, wat rekenkundig erg duur is.

"De technische aspecten van de simulatie zijn vanuit wetenschappelijk oogpunt indrukwekkend omdat de interacties zo complex zijn."

De studie, "Lange-termijn GRMHD-simulaties van Neutron Star Merger Accretion Disks:implicaties voor elektromagnetische tegenhangers, " werd gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .