Un teórico en astrofísica de la Universidad de Texas en Arlington lidera un proyecto para estudiar los fenómenos explosivos de las explosiones de rayos X con el fin de comprender mejor las estrellas de neutrones.

Nevin Weinberg, profesor asociado de física, dirigirá el estudio, titulado "Modelos hidrodinámicos espectrales y de radiación de explosiones de rayos X de expansión del radio fotosférico". Financiado por una subvención de tres años de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias, el proyecto también involucrará a estudiantes de UTA y físicos de la Universidad de Virginia.

Una estrella de neutrones se forma cuando una estrella masiva explota en una supernova y los remanentes se condensan y colapsan sobre sí mismos debido a una gravitación extremadamente poderosa. Este material está tan apretado que los protones y los electrones se combinan para formar neutrones, de ahí el nombre de estrellas de neutrones.

Si la estrella de neutrones está en un sistema binario con otra estrella, puede extraer material rico en hidrógeno o helio de la otra estrella que luego forma una capa delgada en su superficie. Una vez que la estrella de neutrones alcanza la masa crítica, esta capa se enciende en una explosión termonuclear, calentando toda la superficie de la estrella de neutrones a decenas de millones de grados Kelvin y liberando una repentina explosión de rayos X.

Alrededor del 20% de estas explosiones de rayos X son explosiones de expansión del radio fotosférico (PRE), en el que la luminosidad de la explosión es tan alta que las fuerzas de radiación impulsan un viento ópticamente denso que levanta la fotosfera (la capa exterior desde la que se irradia la luz) de la superficie de la estrella de neutrones.

"Aparte de un agujero negro, una estrella de neutrones es la más densa, objeto estelar compacto conocido, ", Dijo Weinberg." Tiene una masa que es de una vez y media a dos veces la masa de nuestro sol, pero un radio de solo 10 kilómetros, por lo que es extremadamente compacto. Si tomó una cucharadita de este material, pesaría más de mil millones de toneladas.

El estudio utilizará herramientas de simulación numérica de última generación para proporcionar la simulación más sofisticada de ráfagas de rayos X PRE hasta la fecha. Los investigadores compararán sus resultados directamente con las observaciones de los telescopios.

"Las estrellas de neutrones son objetos interesantes no solo para la astrofísica, pero para la física fundamental, ", Dijo Weinberg." En estas densidades muy altas, densidades más altas que el núcleo de un átomo, en realidad no sabemos cómo se comporta la materia ".

Los telescopios han detectado explosiones de rayos X desde la década de 1970, pero aún se desconoce mucho sobre ellos.

"Aquí es donde entra nuestro proyecto. Vamos a intentar mejorar los modelos de ráfagas de rayos X, ", Dijo Weinberg." El objetivo es comprenderlos mejor y tener un mejor acuerdo entre los modelos y las observaciones, lo que nos permitirá hacer declaraciones más precisas sobre la estrella de neutrones subyacente que está soportando el estallido ".

Los equipos de la UTA y la Universidad de Virginia estudiarán la física de las explosiones de rayos X de PRE utilizando una combinación de sofisticados modelos informáticos. Las simulaciones anticipadas permitirán a los astrónomos comprender mejor las estrellas de neutrones, los procesos de combustión durante las ráfagas de rayos X, y la composición del viento expulsado durante una ráfaga.

El proyecto proporcionará tres años de financiación para un estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Weinberg. También le permitirá ser mentor de estudiantes universitarios de la Academia de Investigación de Verano de Alianzas Louis Stokes para la Participación de Minorías de la UTA, que brinda oportunidades de investigación para estudiantes de grupos históricamente subrepresentados en la educación STEM.

Alex Weiss, profesor y catedrático del Departamento de Física de la UTA, dijo que el proyecto de Weinberg podría generar nuevos y emocionantes conocimientos sobre las propiedades de las estrellas de neutrones.

"Las simulaciones por computadora de ráfagas de rayos X que se utilizarán en este estudio, junto con observaciones de telescopios de rayos X, podría proporcionar respuestas a algunas de las preguntas que tenemos sobre las estrellas de neutrones, "Dijo Weiss.