Simulan una explosión termonuclear en un superordenador

Una simulación por superordenador nos brinda nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las estrellas de neutrones: al evocar la explosión termonuclear que tiene lugar cuando estos monstruos cósmicos devoran a otra estrella, los investigadores logran avanzar en la comprensión de los fenómenos más extremos que suceden en el cosmos.

Un equipo de astrofísicos estadounidenses de las universidades de Nueva York, Stony Brook y California en Berkeley crearon simulaciones en 3D de las explosiones termonucleares que tienen lugar en las superficies de las estrellas de neutrones. Para lograrlo, emplearon el superordenador Oak Ridge Leadership Computing Facilitiess Summit (OLCF), que funciona en las instalaciones del Laboratorio Nacional Oak Ridge, perteneciente al Departamento de Energía de Estados Unidos.

Según una nota de prensa, el objetivo es comprender cómo una llama termonuclear se propaga por la superficie de una estrella de neutrones, y qué puede aportar esa propagación sobre la relación entre la masa de la estrella de neutrones y su radio, un dato que podría revelar muchos detalles sobre la composición de la estrella. 

Máxima densidad

Vale recordar que las estrellas de neutrones, que están compuestas por los restos compactos de explosiones de supernovas, se encuentran en todo el Universo y son uno de los objetos cósmicos más intrigantes, ya que acumulan enormes cantidades de energía a pesar de sus escasas dimensiones, disponiendo de un radio aproximado de 12 kilómetros. 

Teniendo en cuenta que la mayoría de las estrellas se encuentran en sistemas binarios, es posible que una estrella de neutrones tenga un compañero estelar que, en algún momento, se convierta en su alimento. Debido a esto, las explosiones de rayos X ocurren cuando la materia extraída del compañero estelar se acumula en la superficie de la estrella de neutrones y se comprime por su intensa gravedad, derivando en una explosión termonuclear.

El equipo de expertos generó una simulación 3D para modelar una llama de explosión que se movía a través de la superficie de una estrella de neutrones. Al mismo tiempo, un estudio 2D complementario se centró en la propagación de las llamas en diferentes condiciones, como la temperatura de la superficie y la velocidad de rotación. Una de las principales conclusiones es que diferentes condiciones físicas condujeron a distintas velocidades de propagación de la llama.

Descubriendo cómo se comporta la materia en situaciones extremas

“Podemos ver con mayor detalle qué ocurre durante estos eventos extremos mediante una simulación. El objetivo es entender las propiedades de la estrella de neutrones, algo que nos llevará a comprender cómo se comporta la materia en las densidades extremas que encontrarías en una estrella de este tipo”, indicó en el comunicado el científico Michael Zingale, líder del equipo de investigación y autor principal del nuevo estudio, publicado recientemente en la revista The Astrophysical Journal.

Comparando los modelos informáticos de las llamas termonucleares con la radiación observada, los investigadores pueden calcular con mayor precisión el radio de las estrellas de neutrones. La enorme densidad y concentración de masa y energía en un objeto tan pequeño puede aportar nueva información sobre cómo se comporta la materia en condiciones extremas. Además, los especialistas buscan determinar cómo la presión y la energía interna en una estrella de neutrones responden a los cambios en su densidad, temperatura y composición.  

Referencia

Comparing Early Evolution of Flames in X-Ray Bursts in Two and Three Dimensions. Michael Zingale et al. The Astrophysical Journal (2024). DOI:https://www.doi.org/10.3847/1538-4357/ace04e