¿Por qué las estrellas son traviesas? Las simulaciones en 3D revelan el origen de los géiseres misteriosos

¿Por qué las estrellas son traviesas? Las simulaciones en 3D revelan el origen de los géiseres misteriosos

Instantánea del modelado de gas batido que oculta una estrella 80 veces más masiva que el Sol. La luz intensa del núcleo estelar empuja los compartimientos exteriores llenos de helio, debido a que el material se expulsa en forma de géiseres. Los colores sólidos indican áreas de mayor intensidad. Púrpura translúcido: la densidad del gas y las áreas densas más claras.

Los astrofísicos finalmente han encontrado una explicación para los cambios repentinos en el estado de ánimo y en los estados de ánimo de algunas de las estrellas más grandes, brillantes y raras del universo. Se sabe que las variables azules brillantes destellan periódicamente en destellos deslumbrantes, denominados géiseres estelares. Estas erupciones poderosas liberan materiales valiosos en el espacio (a menudo de composición planetaria) en unos pocos días. Pero la razón de esta inestabilidad durante decenas de años sigue siendo un misterio.

Ahora, las nuevas simulaciones en 3D indican que el movimiento turbulento en las capas externas de una estrella masiva forma grupos densos de material estelar. Captan la luz brillante de las estrellas (como una vela), arrojando material al espacio. Después de la expulsión de suficiente masa, la estrella se calma hasta que sus capas externas se vuelven a formar, y el ciclo no se reinicia. Es importante que los investigadores comprendan la razón de la aparición de los géiseres estelares, ya que es probable que cada estrella extremadamente masiva pase parte de la vida como una variable azul brillante. Estas estrellas masivas, a pesar de una pequeña cantidad, determinan en gran medida la evolución galáctica a través de vientos estelares y explosiones de supernova. Además, después de la muerte, dejan atrás los agujeros negros. Las variables de color azul brillante (LBV, por sus siglas en inglés) son objetos raros, por lo que solo alrededor de una docena de estos puntos se observan en y alrededor de la Vía Láctea. Las estrellas a gran escala pueden superar la masa solar en 100 veces y acercarse al límite teórico. LBV también es increíblemente brillante, ¡donde algunos están por delante de nuestra estrella 1 millón de veces!

Los científicos creen que la oposición del material gravitatorio extremo y la luminosidad extrema conducen a estas explosiones a gran escala. Pero la absorción de un fotón por un átomo requiere que los electrones estén conectados por órbitas alrededor del núcleo de un átomo. En las capas de estrellas más profundas y calientes, la materia se comporta como un plasma con electrones no unidos a los átomos. En las capas exteriores más frías, los electrones comienzan a regresar a sus átomos nativos y, por lo tanto, pueden absorber fotones nuevamente.

Las primeras explicaciones de las erupciones predijeron que elementos como el helio en las capas externas pueden absorber suficientes fotones para superar la gravedad y estallar en el espacio como un destello. Pero los cálculos unidimensionales simples no pudieron confirmar esta hipótesis: las capas externas no parecían lo suficientemente densas para atrapar la luz y sobrecargar la gravedad. Pero estos cálculos simples no reflejaban la imagen completa de la dinámica compleja en una estrella masiva. Los científicos decidieron utilizar un enfoque más realista y crearon una detallada simulación por computadora en 3D de cómo la materia, el calor y el flujo luminoso entran en contacto en las estrellas gigantes. En los cálculos, tomó más de 60 millones de horas del procesador informático.

En las simulaciones, la densidad promedio de las capas externas era demasiado baja para que el material volara, como lo predijeron los cálculos unidimensionales. Pero los nuevos mostraron que la convección y la mezcla en las capas externas hicieron que algunas áreas se volvieran más densas que otras y se expulsaran. Estas erupciones ocurren durante intervalos de tiempo (días o semanas) cuando una estrella se "engrosa" y su brillo fluctúa. Se cree que tales estrellas cada año son capaces de perder 10 mil millones de billones de toneladas métricas de material, que es el doble de la masa de la Tierra.

Los investigadores planean mejorar la precisión de las simulaciones al agregar otros efectos, como la rotación estelar. Esto facilitará la expulsión de material en el espacio cerca del ecuador de rotación rápida, en lugar de polos fijos.

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