X射線爆發(fā)是中子星表面輻射的高能釋放，是由表面上積累的物質(zhì)的爆炸性燃燒觸發(fā)的。這與普通恒星核心(例如太陽(yáng))中發(fā)生的燃燒類(lèi)型相同，但在這種情況下，發(fā)生在表面上。因此，與太陽(yáng)不同，放射線要花費(fèi)數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間才能散發(fā)出來(lái)，而且輻射形式要弱得多，它幾乎會(huì)在X射線爆發(fā)時(shí)立即發(fā)生。這意味著中子星周?chē)娜魏螙|西都會(huì)被輻射炸毀。

我們可以肯定一件事包圍許多中子星是一個(gè)吸積盤(pán)，等離子的回旋收藏夾在恒星的引力場(chǎng)。新的X射線儀器，例如國(guó)際空間站上的NICER任務(wù)，為天文學(xué)家提供了詳細(xì)研究這些X射線爆發(fā)及其對(duì)環(huán)境影響的工具。

中子星對(duì)天體物理學(xué)家如此重要的原因之一是，它們代表了我們宇宙中最稠密的物質(zhì)狀態(tài)。了解物質(zhì)在這些條件下的行為是釋放亞原子物理學(xué)和極端引力之謎的重要一步。但是，了解中子星需要了解我們從中子星接收到的輻射，這意味著中子星本身和周?chē)疟P(pán)的貢獻(xiàn)。

這就是查爾斯頓物理學(xué)院和天文學(xué)教授克里斯·弗拉格勒(Chris Fragile)和他的學(xué)生們的新研究發(fā)揮作用的地方。Fragile的小組進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，研究了X射線爆發(fā)與吸積盤(pán)的相互作用。正如Fragile所說(shuō)：“基本上，我們可以在計(jì)算機(jī)中以較高的保真度對(duì)這些系統(tǒng)中發(fā)生的事情進(jìn)行建模。這使我們能夠進(jìn)行類(lèi)似傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的工作，而沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)室中擁有中子星的固有危險(xiǎn)。 ”

使用查爾斯頓大學(xué)校園內(nèi)的資源并通過(guò)XSEDE(極端科學(xué)和工程發(fā)現(xiàn)環(huán)境)超級(jí)計(jì)算分配，對(duì)此類(lèi)突發(fā)磁盤(pán)交互進(jìn)行了多種模擬。從這些模擬中發(fā)現(xiàn)了許多顯著的結(jié)果，最值得注意的是，吸積盤(pán)內(nèi)部的重大破壞。模擬中揭示的幾種效應(yīng)似乎與過(guò)去15年中X射線望遠(yuǎn)鏡觀察到的磁盤(pán)破裂的觀測(cè)證據(jù)相符。

這項(xiàng)工作的合作伙伴佐治亞理工大學(xué)物理學(xué)教授大衛(wèi)·巴蘭坦妮說(shuō)：“看到這些結(jié)果讓我感到非常興奮。”“我已經(jīng)研究這些系統(tǒng)已有十多年了，試圖了解數(shù)據(jù)告訴我們這些磁盤(pán)如何響應(yīng)突發(fā)。這些模擬所揭示的細(xì)節(jié)為研究吸積磁盤(pán)的物理特性提供了一種全新的方式。”

看到磁盤(pán)被突發(fā)破壞，然后隨著突發(fā)消退而反彈，這為研究導(dǎo)致吸積起作用的內(nèi)部過(guò)程提供了一種方法。

Ballantyne解釋說(shuō)：“我想說(shuō)的是我們要給磁盤(pán)一個(gè)踢，并觀察會(huì)發(fā)生什么。”“看到磁盤(pán)對(duì)如此強(qiáng)烈的沖動(dòng)做出反應(yīng)有多快，我們就可以窺視它的內(nèi)部。這類(lèi)似于科學(xué)家利用地震來(lái)了解地球內(nèi)部的方式。”

未來(lái)的工作應(yīng)使巴蘭坦能夠分辨出這些結(jié)果的輻射特征，并為將來(lái)的觀測(cè)做出預(yù)測(cè)。通過(guò)這種方式，研究小組希望能夠?qū)?shí)際中子星系統(tǒng)和吸積盤(pán)中發(fā)生的事情進(jìn)行逆向工程。