Aunque los campos magnéticos intensos han sido considerados como la causa de las supernovas más poderosas, los astrofísicos han creado un modelo de computadora del campo magnético, demostrando lo que sucede dentro de una estrella moribunda antes de que se convierta en un monstruo espacial.
Cuando las estrellas masivas mueren, explotan. Pero a veces, estas estrellas explotan muy fuertemente y producen una de las explosiones más poderosas en el Universo observable.
Cuando una estrella masiva agota su suministro de combustible de hidrógeno, la fuerte gravedad dentro del núcleo provoca una fusión gradual de sus elementos más masivos. En una escala cósmica, este proceso es rápido. Pero tan pronto como se produce la fusión con el hierro, el proceso se detiene abruptamente. La reacción termonuclear en el núcleo se detiene, y la fuerza de la gravedad busca destruirla por completo.
En solo un segundo, el núcleo de la estrella se comprime bruscamente y su diámetro disminuye de 1,000 a 10 millas, lo que lleva a la aparición de ondas de choque verdaderamente gigantescas que, como resultado, rompen la estrella. En resumen, sucede lo siguiente: la estrella agota su combustible, compresión, ondas de choque, explosión masiva. Todo lo que queda de ella es una nube de gas caliente en rápida expansión y una pequeña estrella de neutrones que gira rápidamente en el lugar donde solía estar el núcleo.
Este modelo es comprensible y adecuado para explicar cómo mueren las estrellas masivas. Pero a veces, en los rincones más lejanos del universo, los astrónomos observan explosiones de estrellas cuyo poder supera con creces a lo que pueden explicar los modelos tradicionales de supernova. Tales explosiones se denominan estallidos de rayos gamma, y se cree que su apariencia es causada por una raza especial de supernova, la Hypernova. Además del hecho de que Hypernova lleva el nombre de un villano de una película basada en los cómics de Marvel, también encarna la intensidad magnética. El colapso del núcleo de una estrella masiva no solo conduce a un rápido aumento de su densidad. La estrella sigue girando y, como una patinadora artística, que se presiona las manos mientras gira, el núcleo colapsado de la estrella colapsada comienza a "desenrollarse" rápidamente. Junto con la rotación, las corrientes turbulentas en las emisiones de plasma sobrecalentado y el campo magnético de la estrella se vuelven extremadamente concentradas.
Estrella de Hypernova, formando 2 jets gamma (en la vista del artista)
Hasta ahora, los efectos causados por el colapso del núcleo de la supernova se consideraban suficientemente bien estudiados, en teoría, pero confirmados por observaciones de supernovas. Pero el mecanismo de las hipernovas (y las explosiones de rayos gamma) no se ha estudiado por completo hasta este momento.
Utilizando simulaciones en uno de los supercomputadores más poderosos del planeta, un equipo internacional de investigadores creó un modelo de núcleo de hipernova durante un colapso, una fracción de segundo después de la explosión. Y lo que descubrieron puede ayudar a desentrañar el misterio de los estallidos de rayos gamma.
Se cree que la alta energía de las explosiones de rayos gamma es causada por algo que ocurre en el núcleo de una estrella masiva durante su colapso y transformación en una supernova. Algo que expulsa materia y energía en direcciones opuestas, formando dos chorros altamente concentrados (o colimados) que salen de los polos magnéticos de una supernova. Estos chorros son tan intensos que si uno de ellos se dirige a la Tierra, entonces la radiación que emana de ella dará la impresión de que es causada por una explosión mucho más fuerte que la explosión de una supernova ordinaria. "Tratamos de encontrar el mecanismo básico, la herramienta principal, y descubrir por qué el colapso de una estrella puede llevar a la formación de tales aviones", dijo Eric Schnetter, del Instituto de Física Teórica en Waterloo, Ontario, quien desarrolló un modelo para crear un simulador de la muerte. estrellas
Para entender por qué estos aviones son tan poderosos, imagine un palo de dinamita que se colocó en el suelo y una bola de cañón se colocó en la parte superior. Cuando la dinamita explota, habrá un fuerte estallido, y tal vez quede un pequeño embudo para fumar. Pero es poco probable que la bala de cañón vuele lejos. Lo más probable es que, un pequeño salto y se deslice en el embudo. Pero si coloca la misma dinamita en una tubería de metal, cierre un extremo y gire una bala de cañón al aire libre: durante la explosión, toda la energía se concentrará en el extremo abierto de la tubería y el núcleo volará a cientos de metros.
Por analogía con la dinamita, la mayor parte de la energía de la hipernova se concentra en dos chorros que se encuentran dentro de los "tubos" magnéticos. Por lo tanto, cuando vemos un chorro dirigido hacia nosotros, parece ser muchas veces más brillante (y más poderoso) que el brillo de sus componentes si se emitiera una supernova de su energía en todas las direcciones. Esta es una explosión de rayos gamma.
Sin embargo, el proceso de formación de tales chorros fue prácticamente incomprensible. Pero el modelado en la supercomputadora Blue Waters ubicada en el Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputadoras en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que tomó 2 semanas, reveló una dinamo extremadamente fuerte puesta en marcha por la turbulencia, que probablemente sea la causa de todo esto. "Con la ayuda de una dinamo, pequeñas estructuras magnéticas caen dentro de una estrella masiva y se convierten en estructuras magnéticas cada vez más grandes necesarias para la formación de hipernovas y largos estallidos de rayos gamma", dijo el doctor Phillip Mosta, de la Universidad de California en Berkeley, el primer autor del estudio. En la revista Nature. "Esto comienza todo el proceso".
“Durante mucho tiempo se creyó que esto es posible. Y ahora también lo mostramos ”.
Al recrear la estructura a pequeña escala del núcleo de una estrella moribunda durante un colapso, los investigadores demostraron, por primera vez, que un mecanismo llamado "inestabilidad de rotación magnética" podría causar fuertes condiciones magnéticas en el interior del núcleo de la hipernova, lo que contribuye a la formación de aviones de gran alcance.
Se sabe que las diferentes capas de una estrella giran a diferentes velocidades. Incluso nuestro sol tiene rotación diferencial. Cuando el núcleo de una estrella masiva se colapsa, la rotación diferencial causa una fuerte inestabilidad, creando una turbulencia que convierte los campos magnéticos en tubos con un poderoso flujo magnético. Una alineación tan rápida a lo largo de una línea acelera el plasma estelar, lo que, a su vez, aumenta la rotación del campo magnético en cuadrillones (esto es 1 con 15 ceros) veces. Este círculo vicioso conduce a la rápida liberación de material de los polos magnéticos y desencadena el mecanismo de la explosión de hipernova y rayos gamma.
Según Most, esta situación es similar a la forma en que se forman los huracanes en la atmósfera de la Tierra. Pequeños flujos turbulentos se funden en un gran ciclón. Por lo tanto, la hipernova puede considerarse una "tormenta ideal", en la cual una pequeña turbulencia en el núcleo colapsado crea poderosos campos magnéticos que, a su vez, causan, en condiciones adecuadas, la formación de chorros intensos de materia. "Hicimos la primera simulación a gran escala de este proceso en muy alta resolución, lo que demuestra la formación de un gran campo global a partir de uno excepcionalmente turbulento", dijo Most. "La simulación también demuestra el mecanismo de la formación de magnetares y estrellas de neutrones con un campo magnético muy fuerte, que puede hacer que aparezca una clase especial de supernova muy brillante".
Aunque en sí mismo es interesante estudiar las explosiones más poderosas del Universo, este estudio también puede ayudar a comprender cómo se formaron algunos de los elementos más pesados de nuestro Universo.
