Simulações de computador estão fornecendo uma nova visão sobre o comportamento desenfreado das estrelas de nêutrons canibais. Quando uma estrela de nêutrons suga material de uma companheira binária próxima, a combustão termonuclear instável desse material acumulado pode produzir uma explosão violenta que envia raios X por todo o Universo.
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Como exatamente essas poderosas erupções evoluem e se espalham pela superfície de uma estrela de nêutrons é um mistério. Mas ao tentar replicar as explosões de raios X observadas através de simulações, os cientistas estão aprendendo mais sobre os seus prós e contras – bem como sobre as estrelas de nêutrons ultradensas que as produzem.
“Podemos ver estes eventos acontecerem com mais detalhe através de uma simulação”, diz o astrofísico computacional Michael Zingale, da State University of New York, em Stony Brook.
“Uma das coisas que queremos fazer é compreender as propriedades da estrela de nêutrons, porque queremos compreender como a matéria se comporta nas densidades extremas que encontraríamos numa estrela de nêutrons.”
As estrelas de nêutrons são alguns dos objetos mais densos do Universo. Elas são o que sobrou depois que uma estrela massiva viveu sua vida, ficou sem combustível e explodiu em uma supernova.
Embora o material exterior seja lançado para o espaço, o núcleo da estrela colapsa sob a gravidade, formando uma bola superdensa com cerca de 20 quilômetros de diâmetro, acumulando nessa pequena esfera tanta massa como cerca de 2,3 sóis.
Espera-se que a matéria que é comprimida tão densamente seja um pouco maluca, para dizer o mínimo. Mas os cientistas podem estudar as suas explosões termonucleares para impor restrições ao seu tamanho, o que por sua vez pode ajudar a modelar os seus interiores.
Não podemos exatamente nos aproximar de uma estrela de nêutrons para observar a reação termonuclear mais de perto, por uma série de razões (distância, perigo, esse tipo de coisa), mas podemos coletar todas as informações que pudermos sobre as rajadas de raios X das estrelas de nêutrons, e tentar montar uma simulação cujos resultados correspondam aos dados observacionais.
Parece simples, mas a física das estrelas de nêutrons é realmente complicada; simular seu comportamento requer muito poder de computação.
Em trabalhos anteriores, os pesquisadores usaram o supercomputador Summit do Laboratório Nacional de Oak Ridge para simular as chamas termonucleares em duas dimensões. Agora eles desenvolveram esse trabalho e ampliaram suas simulações para uma terceira dimensão.
“O grande objetivo é sempre conectar as simulações desses eventos com o que observamos”, explica Zingale. “Nosso objetivo é entender a aparência da estrela subjacente, e explorar o que esses modelos podem fazer em todas as dimensões é vital.”
O modelo de estrela de nêutrons 3D tinha uma temperatura vários milhões de vezes mais quente que a do Sol e uma velocidade de rotação de 1.000 rotações por segundo, o que é bastante próximo do limite superior teórico da velocidade de rotação da estrela de nêutrons. Em seguida, simularam a evolução inicial da chama termonuclear.
Embora a chama na simulação 2D tenha se espalhado um pouco mais rápido do que na versão 3D, as tendências de crescimento em ambos os modelos foram muito semelhantes. Este acordo significa que a simulação 2D continua a ser uma boa ferramenta para estudar estas explosões frenéticas, mas ainda há algumas coisas que não pode fazer.
Por exemplo, a turbulência comporta-se de forma diferente em duas e três dimensões; mas ser capaz de usar a simulação 2D para as partes que ela pode realizar liberará poder de computação para outras coisas, como aumentar a fidelidade da gravação.
Com esta informação em mãos, as simulações podem ser postas em prática para fornecer informações reais sobre como as estrelas de nêutrons têm seus tremendos acessos de raiva.
“Estamos perto de modelar a propagação da chama por toda a estrela, de polo a polo”, diz Zingale. “É emocionante.”
A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal.
Traduzido de ScienceAlert
