X射线爆发是中子星表面辐射的高能释放,是由表面上积累的物质的爆炸性燃烧触发的。这与普通恒星核心(例如太阳)中发生的燃烧类型相同,但在这种情况下,发生在表面上。因此,与太阳不同,放射线要花费数十万年的时间才能散发出来,而且辐射形式要弱得多,它几乎会在X射线爆发时立即发生。这意味着中子星周围的任何东西都会被辐射炸毁。
我们可以肯定一件事包围许多中子星是一个吸积盘,等离子的回旋收藏夹在恒星的引力场。新的X射线仪器,例如国际空间站上的NICER任务,为天文学家提供了详细研究这些X射线爆发及其对环境影响的工具。
中子星对天体物理学家如此重要的原因之一是,它们代表了我们宇宙中最稠密的物质状态。了解物质在这些条件下的行为是释放亚原子物理学和极端引力之谜的重要一步。但是,了解中子星需要了解我们从中子星接收到的辐射,这意味着中子星本身和周围磁盘的贡献。
这就是查尔斯顿物理学院和天文学教授克里斯·弗拉格勒(Chris Fragile)和他的学生们的新研究发挥作用的地方。Fragile的小组进行了计算机模拟,研究了X射线爆发与吸积盘的相互作用。正如Fragile所说:“基本上,我们可以在计算机中以较高的保真度对这些系统中发生的事情进行建模。这使我们能够进行类似传统科学实验的工作,而没有在实验室中拥有中子星的固有危险。 ”
使用查尔斯顿大学校园内的资源并通过XSEDE(极端科学和工程发现环境)超级计算分配,对此类突发磁盘交互进行了多种模拟。从这些模拟中发现了许多显着的结果,最值得注意的是,吸积盘内部的重大破坏。模拟中揭示的几种效应似乎与过去15年中X射线望远镜观察到的磁盘破裂的观测证据相符。
这项工作的合作伙伴佐治亚理工大学物理学教授大卫·巴兰坦妮说:“看到这些结果让我感到非常兴奋。”“我已经研究这些系统已有十多年了,试图了解数据告诉我们这些磁盘如何响应突发。这些模拟所揭示的细节为研究吸积磁盘的物理特性提供了一种全新的方式。”
看到磁盘被突发破坏,然后随着突发消退而反弹,这为研究导致吸积起作用的内部过程提供了一种方法。
Ballantyne解释说:“我想说的是我们要给磁盘一个踢,并观察会发生什么。”“看到磁盘对如此强烈的冲动做出反应有多快,我们就可以窥视它的内部。这类似于科学家利用地震来了解地球内部的方式。”
未来的工作应使巴兰坦能够分辨出这些结果的辐射特征,并为将来的观测做出预测。通过这种方式,研究小组希望能够对实际中子星系统和吸积盘中发生的事情进行逆向工程。