Los avistamientos de una rara raza de supernovas superluminosas —explosiones estelares que brillan entre 10 y 100 veces más de lo normal— dejan perplejos a los astrónomos. Visto por primera vez solo en la última década, los científicos están confundidos por el extraordinario brillo de estos eventos y sus mecanismos de explosión.

Para comprender mejor las condiciones físicas que crean una supernova superluminosa, Los astrofísicos están ejecutando simulaciones bidimensionales (2D) de estos eventos utilizando supercomputadoras en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC) del Departamento de Energía y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desarrolló el código CASTRO.

"Esta es la primera vez que alguien ha simulado supernovas superluminosas en 2D; estudios anteriores solo han modelado estos eventos en 1D, "dice Ken Chen, astrofísico del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. "Al modelar la estrella en 2D, podemos capturar información detallada sobre la inestabilidad y la mezcla de fluidos que no se obtiene en las simulaciones de 1D. Estos detalles son importantes para representar con precisión los mecanismos que hacen que el evento sea superluminoso y explicar sus correspondientes firmas de observación, tales como como curvas de luz y espectros ".

Chen es el autor principal de un Diario astrofísico artículo publicado en diciembre de 2016. Señala que una de las principales teorías en astronomía postula que las supernovas superluminosas están impulsadas por estrellas de neutrones altamente magnetizadas, llamados magnetares.

La forma en que una estrella vive y muere depende de su masa:cuanto más masiva es una estrella, más gravedad ejerce. Todas las estrellas comienzan su vida fusionando hidrógeno en helio; la energía liberada por este proceso sostiene a la estrella contra el aplastante peso de su gravedad. Si una estrella es particularmente masiva, continuará fusionando helio en elementos más pesados ​​como oxígeno y carbono, etcétera, hasta que su núcleo se convierta en níquel y hierro. En este punto, la fusión ya no libera energía y la presión de degeneración de electrones se activa y apoya a la estrella contra el colapso gravitacional. Cuando el núcleo de la estrella excede su masa de Chandrasekhar (aproximadamente 1,5 masas solares), la degeneración de electrones ya no es compatible con la estrella. En este punto, el núcleo colapsa, produciendo neutrinos que hacen estallar la estrella y crean una supernova.

Este colapso del núcleo de hierro ocurre con una fuerza tan extrema que rompe los átomos de níquel y hierro, dejando atrás un guiso caótico de partículas cargadas. En este entorno frenético, los electrones cargados negativamente se introducen en protones cargados positivamente para crear neutrones neutros. Debido a que los neutrones ahora constituyen la mayor parte de este núcleo, se llama estrella de neutrones. Una magnetar es esencialmente un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente poderoso.

Además de ser increíblemente denso (una cantidad de material del tamaño de un terrón de azúcar de una estrella de neutrones pesaría más de mil millones de toneladas), también gira unos cientos de veces por segundo. La combinación de esta rápida rotación, La densidad y la física complicada en el núcleo crean algunos campos magnéticos extremos.

El campo magnético puede sacar la energía rotacional de una estrella de neutrones y convertir esta energía en radiación energética. Algunos investigadores creen que esta radiación puede impulsar una supernova superluminosa. Estas son precisamente las condiciones que Chen y sus colegas están tratando de comprender con sus simulaciones.

"Al hacer una simulación 2D más realista de supernovas superluminosas impulsadas por magnetares, esperamos obtener una comprensión más cuantitativa de sus propiedades, "dice Chen." Hasta ahora, los astrónomos han detectado menos de 10 de estos eventos; a medida que encontremos más, podremos ver si tienen propiedades consistentes. Si lo hacen y entendemos por qué, podremos usarlos como velas estándar para medir la distancia en el Universo ".

También señala que debido a que las estrellas de esta masa pueden formarse fácilmente en el cosmos temprano, podrían proporcionar información sobre las condiciones del Universo distante.

"Para hacer simulaciones multidimensionales de supernovas superluminosas se necesitan supercomputadoras (una gran cantidad de potencia de cálculo) y el código correcto (incluida la microfísica relevante). Propone un desafío numérico para tales simulaciones, por lo que este evento nunca antes se había modelado en 2D, ", dice Chen." Fuimos los primeros en hacerlo porque tuvimos la suerte de tener acceso a los recursos de NERSC y al código CASTRO ".