Las estrellas de neutrones son los restos de estrellas masivas que explotan como supernovas al final de su vida de fusión. Son núcleos súper densos donde todos los protones y electrones son aplastados en neutrones por la abrumadora gravedad de la estrella muerta. Son los objetos estelares más pequeños y densos, a excepción de los agujeros negros, y posiblemente otros objetos hipotéticos arcanos como estrellas de quarks.

Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, podemos detectar las ondas gravitacionales resultantes. Pero algunos aspectos de estas fusiones no se comprenden bien. Una pregunta rodea los estallidos de rayos gamma de corta duración de estas fusiones. Estudios previos han demostrado que estos estallidos pueden provenir de la descomposición de elementos pesados ​​producidos en una fusión de estrellas de neutrones.

Un nuevo estudio fortalece nuestra comprensión de estas fusiones complejas e introduce un modelo que explica los rayos gamma.

La nueva investigación se titula “Un motor Magnetar para GRB cortos y Kilonovas.” El autor principal es Philipp Mösta de la Universidad de Amsterdam. Está publicado en The Astrophysical Journal Letters.

Cuando dos estrellas de neutrones se fusionan, se crea una kilonova. Los astrofísicos creen que las explosiones de kilonovas emiten breves estallidos de radiación gamma. La fusión también produce elementos pesados, que son fuentes de poderosa energía electromagnética a medida que se descomponen.

Algunas estrellas de neutrones tienen campos magnéticos extremadamente poderosos. Esas estrellas se llaman magnetares. El campo magnético alrededor de una magnetar puede ser un billón de veces más poderoso que el de la Tierra. Los magnetares también giran más lentamente que otras estrellas de neutrones. Sus poderosos campos magnéticos decaen después de unos 10.000 años, y los investigadores creen que una de cada diez supernovas da como resultado magnetares.

Las fusiones de estrellas de neutrones también pueden crear magnetares, y en eso se centra este nuevo estudio.

Las fusiones de estrellas de neutrones son un campo de estudio relativamente nuevo. Si bien se teorizó durante mucho tiempo, no fue hasta 2017 que el el primero fue observado. Gracias a las observaciones de estas fusiones, los astrofísicos han confirmado cosas que antes solo se teorizaban.

En la introducción de su artículo, los investigadores describen algo de lo que ya se sabe sobre las kilonovas. “El material radiactivo expulsado durante y después de la fusión alimenta un transitorio kilonova y crea los elementos más pesados ​​del universo. Los chorros de salida del remanente de la fusión pueden lanzar un breve estallido de rayos gamma”.

También señalan dos preguntas clave que esperaban abordar: ¿Cómo generan estas fusiones flujos de salida lo suficientemente rápidos para explicar el componente de kilonova azul observado en el evento de kilonova de 2017? El componente azul se refiere a un resplandor óptico detectado en la kilonova de 2017 que está ausente en otros estallidos cortos de rayos gamma observados. ¿Y pueden las magnetares lanzar chorros cortos de explosión de rayos gamma?

El trabajo de una estrella es sintetizar elementos más pesados. Y a pesar de que las estrellas de neutrones han dejado atrás la fusión, todavía tienen un último bis de síntesis elemental. Cuando se fusionan, crean elementos como Strontium y Gold. ¿Cómo lo hacen estas estrellas?

El equipo de investigadores creó un modelo de fusiones de estrellas de neutrones más detallado que nunca. Incluían variables como la teoría de la relatividad, los campos magnéticos, los efectos de los neutrinos, las leyes de los gases y la física nuclear. Ejecutaron sus simulaciones en dos supercomputadoras: la supercomputadora fronteriza en la Universidad de Texas, Austin, y la Supercomputadora de aguas azules en la Universidad de Illinois.

Sus simulaciones revelaron algunos detalles nuevos en las fusiones. La fusión crea un anillo alrededor de las estrellas, y la radiación gamma viaja arriba y abajo de ese anillo en hebras delgadas. Las estrellas fusionadas crean un intenso campo magnético y, finalmente, la radiación gamma se aleja a lo largo de las líneas del campo.

También hay un cono en forma de reloj de arena que se mueve hacia arriba y hacia abajo. Dentro de ese reloj de arena se crean elementos más pesados ​​como el estroncio y el oro. Pero los rayos gamma son el resultado más sorprendente de las simulaciones.

“La radiación gamma es realmente nueva para este tipo de simulaciones. Esa radiación no había aparecido en las simulaciones antiguas”, dijo el autor principal Mösta en un presione soltar. “Ya se había simulado la producción de elementos pesados, como el oro”.

“Sin embargo, nuestra simulación muestra que estos elementos pesados ​​se mueven mucho más rápido de lo previsto anteriormente. Por lo tanto, nuestra simulación está más en línea con lo que los astrónomos observaron en las estrellas de neutrones fusionadas en 2017”.

Sus simulaciones también arrojan algo de luz sobre los estallidos cortos de rayos gamma (sGRB). Anteriormente, los investigadores pensaban que los rayos gamma procedían de la descomposición de elementos pesados ​​sintetizados en la kilonova. Pero este estudio muestra que los intensos campos magnéticos de la magnetar pueden amplificar los chorros de material provenientes de la magnetar. Esos chorros alcanzan velocidades casi relativistas, liberando sGRB. “…nuestras simulaciones indican que los magnetares formados en las fusiones de NS son un motor sGRB prometedor.

Esta investigación y las poderosas simulaciones nuevas que creó el equipo han ofrecido explicaciones para algunas de las fusiones de estrellas de neutrones y observaciones de kilonovas. Pero el equipo de investigadores aún no ha terminado. Los autores planean expandir su simulación para incluir explosiones de supernovas y la fusión de estrellas de neutrones con agujeros negros.

Fuente: elactual.net