p Quando duas estrelas de nêutrons se chocam, o resultado às vezes é um buraco negro que engole tudo, exceto a evidência gravitacional da colisão. Contudo, em uma série de simulações, uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo um cientista da Penn State, determinou que essas colisões normalmente silenciosas - pelo menos em termos de radiação que podemos detectar na Terra - às vezes podem ser muito mais ruidosas. p "Quando duas estrelas de nêutrons em colapso incrivelmente densas se combinam para formar um buraco negro, fortes ondas gravitacionais emergem do impacto, "disse David Radice, professor assistente de física e de astronomia e astrofísica na Penn State e membro da equipe de pesquisa. "Agora podemos pegar essas ondas usando detectores como o LIGO nos Estados Unidos e Virgem na Itália. Um buraco negro normalmente engole qualquer outra radiação que poderia ter saído da fusão que seríamos capazes de detectar na Terra, mas por meio de nossas simulações, descobrimos que nem sempre é esse o caso. "

p A equipe de pesquisa descobriu que quando as massas das duas estrelas de nêutrons em colisão são diferentes o suficiente, o companheiro maior dilacera o menor. Isso causa uma fusão mais lenta que permite que um "estrondo" eletromagnético escape. Os astrônomos devem ser capazes de detectar este sinal eletromagnético, e as simulações fornecem assinaturas dessas colisões barulhentas que os astrônomos poderiam procurar na Terra.

p A equipe de pesquisa, que inclui membros da colaboração internacional CoRe (Relatividade Computacional), descrever suas descobertas em um artigo publicado online no Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

p "Recentemente, LIGO anunciou a descoberta de um evento de fusão em que as duas estrelas têm massas possivelmente muito diferentes, "disse Radice." A principal conseqüência neste cenário é que esperamos esta contraparte eletromagnética muito característica para o sinal da onda gravitacional. "

p Depois de relatar a primeira detecção de uma fusão de estrelas de nêutrons em 2017, em 2019, a equipe LIGO relatou o segundo, que eles chamaram de GW190425. O resultado da colisão de 2017 foi mais ou menos o que os astrônomos esperavam, com uma massa total de cerca de 2,7 vezes a massa do nosso Sol e cada uma das duas estrelas de nêutrons aproximadamente igual em massa. Mas GW190425 era muito mais pesado, com uma massa combinada de cerca de 3,5 massas solares e a proporção dos dois participantes mais desigual - possivelmente de 2 para 1.

p "Embora uma diferença de 2 para 1 na massa possa não parecer uma grande diferença, apenas uma pequena faixa de massas é possível para estrelas de nêutrons, "disse Radice.

p As estrelas de nêutrons podem existir apenas em uma faixa estreita de massas entre cerca de 1,2 e 3 vezes a massa do nosso sol. Remanescentes estelares mais leves não entram em colapso para formar estrelas de nêutrons e, em vez disso, formam anãs brancas, enquanto objetos mais pesados ​​colapsam diretamente para formar buracos negros. Quando a diferença entre as estrelas que se fundem fica tão grande quanto em GW190425, os cientistas suspeitaram que a fusão poderia ser mais confusa - e mais barulhenta em radiação eletromagnética. Os astrônomos não detectaram tal sinal da localização de GW190425, mas a cobertura daquela área do céu por telescópios convencionais naquele dia não era boa o suficiente para descartá-la.

p Para entender o fenômeno da colisão de estrelas de nêutrons desiguais, e para prever assinaturas de tais colisões que os astrônomos poderiam procurar, a equipe de pesquisa executou uma série de simulações usando a plataforma Bridges do Pittsburgh Supercomputing Center e a plataforma Comet do San Diego Supercomputer Center - ambas na rede XSEDE da National Science Foundation de centros de supercomputação e computadores - e outros supercomputadores.

p Os pesquisadores descobriram que, à medida que as duas estrelas de nêutrons simuladas giravam uma em direção à outra, a gravidade da estrela maior separou seu parceiro. Isso significava que a estrela de nêutrons menor não atingiu sua companheira mais massiva de uma vez. O despejo inicial da matéria da estrela menor transformou a maior em um buraco negro. Mas o resto de sua matéria estava muito longe para o buraco negro capturar imediatamente. Em vez de, a chuva mais lenta de matéria no buraco negro criou um flash de radiação eletromagnética.

p A equipe de pesquisa espera que a assinatura simulada que encontraram possa ajudar os astrônomos usando uma combinação de detectores de ondas gravitacionais e telescópios convencionais para detectar os sinais emparelhados que anunciariam o rompimento de uma estrela de nêutrons menor se fundindo com uma maior.

p As simulações exigiram uma combinação incomum de velocidade de computação, grandes quantidades de memória, e flexibilidade na movimentação de dados entre memória e computação. A equipe usou cerca de 500 núcleos de computação, correndo por semanas a fio, mais de cerca de 20 instâncias separadas. As muitas quantidades físicas que tiveram de ser contabilizadas em cada cálculo exigiram cerca de 100 vezes mais memória do que uma simulação astrofísica típica.

p "Há muita incerteza em torno das propriedades das estrelas de nêutrons, "disse Radice." Para entendê-los, temos que simular muitos modelos possíveis para ver quais são compatíveis com as observações astronômicas. Uma única simulação de um modelo não nos diria muito; precisamos realizar um grande número de simulações computacionalmente intensas. Precisamos de uma combinação de alta capacidade e alta capacidade que apenas máquinas como a Bridges podem oferecer. Este trabalho não teria sido possível sem o acesso a tais recursos de supercomputação nacionais. "