恒星质量黑洞是由恒星坍缩而产生的天体，其质量是太阳的几倍到数百倍。 它们的引力场非常强烈，物质和辐射都无法逃避它们，这使得它们的探测变得极其困难。
因此，当2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到两个黑洞合并产生的微小时空涟漪时，被誉为一个分水岭时刻。
据天体物理学家称，信号源头处的两个合并黑洞质量约为太阳的30倍，距离1.5亿光年。
LIGO 探测器光束管 – 说明性照片。 图片来源：Jeff Keyzer 来自 Flickr的, 抄送 BY-SA 2.0
连接理论和观察
什么机制产生这些黑洞？ 它们是否是两颗恒星演化的产物，类似于我们的太阳，但质量明显更大，在双星系统中演化？ 或者它们是由人口稠密的星团中的黑洞偶然相遇而产生的？ 或者可能涉及更奇特的机制？ 所有这些问题至今仍在激烈争论。
POSYDON 合作团队由来自西北大学、日内瓦大学 (UNIGE) 和佛罗里达大学 (UF) 等机构的科学家组成，在模拟双星群方面取得了重大进展。 这项工作有助于提供更准确的答案，并使理论预测与观测数据相一致。
“由于不可能直接观察合并双黑洞的形成，因此有必要依靠模拟来重现其观测特性，”UNGE 理学院天文学系博士后研究员、该项目的负责人西蒙娜·巴维拉 (Simone Bavera) 说。该研究的作者。
“我们通过模拟双星系统从诞生到双黑洞系统的形成来做到这一点。”
艺术家的构想展示了两个合并的黑洞，类似于 LIGO 检测到的黑洞。 图片来源：Aurore Simonnet/LIGO-加州理工学院-麻省理工学院-索诺玛州立大学
突破模拟的极限
要解释合并双黑洞（例如 2015 年观测到的黑洞）的起源，需要将理论模型预测与实际观测结果进行比较。 用于对这些系统进行建模的技术称为“二元群体合成”。
UNIGE理学院天文学系助理教授阿纳斯塔西奥斯·弗拉科斯（Anastasios Fragkos）表示：“这项技术模拟了数千万个双星系统的演化，以估计由此产生的引力波源群的统计特性。”
“然而，为了在合理的时间范围内实现这一目标，研究人员到目前为止一直依赖于使用近似方法来模拟恒星演化及其双星相互作用的模型，”他说。 “因此，单星和双星物理学的过度简化导致预测不太准确。”
POSYDON 克服了这些限制。 它被设计为开源软件，利用预先计算的大型详细单星和双星模拟库来预测孤立双星系统的演化。
每个详细的模拟可能需要在超级计算机上运行多达 100 个中央处理单元 (CPU) 小时，因此该模拟技术不能直接适用于二进制总体合成。
“然而，通过预先计算覆盖初始条件整个参数空间的模拟库，POSYDON 可以利用这个广泛的数据集以及机器学习方法，在不到一秒的时间内预测二元系统的完整演化，”助理 Jeffrey Andrews 说佛罗里达大学物理系教授。
“这个速度与上一代快速群体合成代码相当，但准确性更高。”
推出新型号
波塞冬，一个主要的代码开发项目，代表 PO计算 SY论文与 D详细的二元进化模拟ONs。 Kalogera 和 Tassos Fragos（前博士） Kalogera 小组的学生是该项目的联合首席研究员，该项目于 2019 年在西北大学启动，得到了戈登和贝蒂摩尔基金会以及瑞士国家科学基金会的支持。
弗拉戈斯现供职于日内瓦大学，是该研究的合著者。 佛罗里达大学今年加入了合作。
以前的模型高估了某些方面，例如大质量恒星的膨胀，这会影响它们的质量损失和双星相互作用。 这些元素是决定合并黑洞特性的关键成分。
得益于完全自洽的详细恒星结构和双星相互作用模拟，POSYDON 能够更准确地预测合并双星黑洞的属性，例如质量和自旋。
研究团队目前正在开发新版本的 POSYDON，其中将包括一个更大的详细恒星和双星模拟库，能够模拟更广泛的星系类型中的双星。
