Los astrofísicos finalmente tienen una explicación para los violentos cambios de humor de algunos de los más grandes, las estrellas más brillantes y raras del universo.

Las estrellas, llamadas variables azules luminosas, periódicamente estallan en deslumbrantes estallidos apodados "géiseres estelares". Estas poderosas erupciones lanzan todo el material de planetas al espacio en cuestión de días. La causa de esta inestabilidad, sin embargo, ha sido un misterio durante décadas.

Ahora, Nuevas simulaciones en 3-D realizadas por un equipo de astrofísicos sugieren que el movimiento turbulento en las capas externas de una estrella masiva crea densos grupos de material estelar. Estos grupos captan la intensa luz de la estrella como una vela solar, erupción de material en el espacio. Después de deshacerse de suficiente masa, la estrella se calma hasta que sus capas externas se vuelven a formar y el ciclo comienza de nuevo, los astrofísicos informan en línea el 26 de septiembre en Naturaleza .

Identificar la causa de los géiseres estelares es importante porque cada estrella extremadamente masiva probablemente pasa parte de su vida como una variable azul luminosa. dice el coautor del estudio Matteo Cantiello, científico investigador asociado en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York.

"Este hallazgo representa un importante paso adelante en la comprensión de la vida y muerte de las estrellas más grandes del universo, "dice Cantiello." Estas estrellas masivas, a pesar de su pequeño número, determinan en gran medida la evolución de las galaxias a través de sus vientos estelares y explosiones de supernovas. Y cuando mueran dejan agujeros negros ".

Variables azules luminosas, o LBVs, son extremadamente raros, con solo alrededor de una docena en y alrededor de la Vía Láctea. Las estrellas gigantescas pueden exceder 100 veces la masa del sol y acercarse al límite teórico de cómo pueden llegar las estrellas masivas. Los LBV también son excepcionalmente radiantes:los más brillantes brillan con más de 1 millón de veces la luminosidad del sol. Esa luz empuja la materia hacia el espacio porque la absorción y reemisión de un fotón por un átomo resulta en un empuje neto hacia afuera.

El tira y afloja entre la gravedad extrema que atrae el material hacia adentro y la luminosidad extrema que lo empuja hacia afuera es responsable de los estallidos característicos de los LBV, los científicos creen. La absorción de un fotón por un átomo, sin embargo, requiere que los electrones estén ligados en órbitas alrededor del núcleo del átomo. En lo mas profundo capas más calientes de una estrella, la materia se comporta como un plasma con electrones separados de los átomos. En las capas exteriores más frías, los electrones comienzan a reunirse con sus átomos y, por lo tanto, pueden absorber fotones nuevamente.

Las explicaciones propuestas anteriormente para los estallidos predijeron que elementos como el helio en las capas exteriores podrían absorber suficientes fotones para superar la gravedad y volar al espacio como un estallido. Pero simple Los cálculos unidimensionales no respaldaban esta hipótesis:las capas externas no parecían lo suficientemente densas para captar suficiente luz para dominar la gravedad.

Esos simples cálculos sin embargo, no capturó la imagen completa de la dinámica compleja dentro de una estrella colosal. Cantiello, junto con Yan-Fei Jiang del Instituto Kavli de Física Teórica de la Universidad de California, Santa Bárbara, y sus colegas adoptaron un enfoque más realista. Los investigadores crearon un detallado simulación tridimensional por computadora de cómo la materia, el calor y la luz fluyen e interactúan dentro de las estrellas de gran tamaño. Los cálculos involucrados requirieron más de 60 millones de horas de procesador de computadora para resolverse.

En la simulación, la densidad media de las capas exteriores era demasiado baja para que el material volara, tal como predijeron los cálculos unidimensionales. Sin embargo, los nuevos cálculos revelaron que la convección y la mezcla en las capas externas dieron como resultado que algunas regiones fueran más densas que otras, con algunos grupos lo suficientemente opacos como para ser lanzados al espacio por la luz de la estrella. Tales erupciones ocurren en escalas de tiempo que van desde días a semanas a medida que la estrella se agita y su brillo fluctúa. El equipo estima que tales estrellas pueden arrojar alrededor de 10 mil millones de billones de toneladas métricas de material cada año. aproximadamente el doble de la masa de la Tierra.

Los investigadores planean mejorar la precisión de sus simulaciones incorporando otros efectos como la rotación de la estrella, lo que puede facilitar el lanzamiento de material al espacio cerca del ecuador de rápido giro de la estrella que cerca de los polos casi estacionarios. (Este efecto es la razón por la que la NASA lanza sus cohetes desde Florida y California en lugar de Maine o Alaska).

Mejorar la fidelidad de las simulaciones de estrellas es crucial para lograr conocimientos astrofísicos, Cantiello dice. El paso de simple, Desde cálculos unidimensionales hasta simulaciones tridimensionales completas se requiere más músculo computacional y una física más compleja, pero los resultados bien valen la pena. "Tuvimos que implementar toda esta física para ver, con nuestros propios ojos, que este proceso, que no esperábamos que fuera importante, resultaría clave para comprender estas violentas erupciones y la evolución de estas estrellas masivas, " él dice.