Logran el primer modelo 3D de una Supernova Superlumínica y desvelan como se expulsan los elementos que servirán para crear planetas y vida

Supernova Superlumínica (Image by Ken Chen)

Para que nazca un planeta antes debe explotar una supernova que difunda por el espacio los materiales germinadores como el hierro, el calcio, el oxígeno o el carbono. Ahora, sumando las observaciones a los modelos matemáticos, han logrado creado la primera simulación 3D de lo que ocurre en el interior de una Supernova Superlumínica, que es unas 100 veces más luminosa que una supernova normal 

Durante la mayor parte del siglo pasado, los astrónomos han rastreado los cielos en busca de supernovas-la muerte explosiva de estrellas-y masivas de sus restos en busca de pistas sobre el progenitor, los mecanismos que causaron su explosión, y los elementos pesados creados en el proceso. De hecho, estos eventos crean la mayoría de los elementos imprescindibles para forman nuevas estrellas, planetas e incluso la vida.

Debido a que nadie puede ver de cerca una supernova, y si lo hiciera no sobrevivirá para contarlo, los investigadores confían en las simulaciones de supercomputadoras para tener una idea de la física que desencadena y conduce el evento. Ahora, por primera vez, un equipo internacional de astrofísicos simuló la física tridimensional (3D) de las supernovas superluminosas, que son aproximadamente cien veces más luminosas que las supernovas típicas. Lograron este hito utilizando el código CASTRO y los superordenadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Laboratorio de Berkeley) en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC). Un artículo que describe su trabajo fue publicado en Astrophysical Journal.

Los astrónomos han descubierto que estos eventos superluminosos ocurren cuando un magnetar, el cadáver que gira rápidamente de una estrella masiva cuyo campo magnético es billones de veces más fuerte que el de la Tierra, está en el centro de una joven supernova. La radiación liberada por el magnetar es lo que amplifica la luminosidad de la supernova. Pero para comprender cómo sucede esto, los investigadores necesitan simulaciones multidimensionales.

"Para hacer simulaciones 3D de supernovas superluminosas con magnetar, se necesita mucha potencia de supercomputación y el código correcto, uno que capture la microfísica relevante", dijo Ken Chen, autor principal del artículo y astrofísico del Instituto Academia Sinica de Astronomía y Astrofísica (ASIAA), Taiwán.

Agrega que la simulación numérica requerida para capturar las inestabilidades fluidas de estos eventos superluminosos en 3D es muy compleja y requiere mucha potencia informática, por lo que nadie lo ha hecho antes.

Para este trabajo, los investigadores modelaron un remanente de supernova de aproximadamente 15 mil millones de kilómetros de ancho con una densa magnetar de 10 kilómetros de ancho en el interior. En este sistema, las simulaciones muestran que las inestabilidades hidrodinámicas se forman en dos escalas en el material remanente. Una inestabilidad está en la burbuja caliente energizada por el magnetar y la otra ocurre cuando el choque frontal de la joven supernova choca contra el gas ambiental.

“Ambas inestabilidades de los fluidos causan más mezcla de la que normalmente ocurriría en un evento típico de supernova, lo que tiene consecuencias significativas para las curvas de luz y los espectros de las supernovas superluminosas. Nada de esto habría sido capturado en un modelo unidimensional ”, dijo Chen. Esta es la razón por la que resulta tan importante crear un modelo en tres dimensiones del evento.

Los investigadores también descubrieron que el magnetar puede acelerar los elementos de calcio y silicio, que fueron expulsados de la joven supernova, a velocidades de 12.000 kilómetros por segundo, lo que explica sus líneas de emisión ampliadas en las observaciones espectrales. Y que incluso la energía de magnetares débiles puede acelerar los elementos del grupo de hierro, que se encuentran en las profundidades del remanente de supernova, de 5.000 a 7.000 kilómetros por segundo, lo que explica por qué el hierro se observa tan pronto en los eventos de supernovas de colapso del núcleo como SN 1987A. Lo que explica un viejo misterio de la astrofísica.

FUENTE: NERSC