美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员近日完成了一项新的数值模拟研究，利用超级计算机揭示了双中子星系统在最终合并前一刻，其强大磁场相互作用的复杂细节。这项研究为预测此类极端天体事件可能释放的观测信号提供了新见解。

该研究由首席科学家迪米特里奥斯·斯基亚塔斯主导，他目前在美国宇航局戈达德太空飞行中心工作，其团队的研究成果发表在《天体物理学杂志》上。研究团队使用了位于加州美国宇航局艾姆斯研究中心的Pleiades超级计算机，对两颗质量均为太阳1.4倍的中子星在合并前最后时刻的相互作用进行了超过100次高精度模拟，重点关注了合并前约7.7毫秒的物理过程。

“就在中子星碰撞之前，它们周围充满等离子体的高磁化区域，即磁层，开始发生强烈的相互作用。我们研究了合并前最后几个轨道周期，此时交织的磁场会发生快速而剧烈的变化，并模拟了可能观测到的高能信号，”斯基亚塔斯解释道。共同作者康斯坦丁诺斯·卡拉波塔拉科斯补充道：“在我们的模拟中，磁层就像一个磁路，随着恒星的轨道运动不断重组。追踪这种非线性演化过程的高分辨率过程，正是我们需要超级计算机的原因。”

中子星合并是宇宙中能量极高的事件，能够产生短伽马射线暴、引力波并合成重元素。模拟结果显示，在最终并合前夕，两颗中子星的磁层会剧烈缠绕和重组，磁力线不断断裂与重新连接。这一过程会产生从X射线到伽马射线的宽能段电磁辐射，但其亮度分布不均匀，强烈依赖于观测视角和中子星磁场的相对方向。

论文合著者佐拉瓦尔·瓦迪亚辛格指出：“我们的研究表明，这些系统发出的光亮度变化很大，分布也不均匀，因此，远处的观测者对合并过程的视角至关重要。”研究表明，能量相对较低的伽马射线和X射线更有可能从并合系统中逃逸出来，成为潜在的可观测信号。

这项超级计算机模拟工作的价值在于为未来观测设备提供理论预期。德莫斯梯尼·卡扎纳斯表示：“这类研究的价值之一在于帮助我们弄清楚未来的天文台可能能够看到什么，以及应该在引力波和光波中寻找什么。”研究指出，未来的宽视场伽马射线或X射线空间望远镜，若能与引力波观测网络协同工作，将有机会捕获这些中子星合并前的电磁预告信号，从而实现对碰撞事件更完整的“多信使”观测。

出版详情：作者：Dimitrios Skiathas等人，标题：《并合双中子星中的磁层演化和前驱体驱动的电磁信号》，发表于：《天体物理学杂志》(2025)。期刊信息：天体物理学杂志