En las colisiones de estrellas de neutrones se fabrican los elementos pesados

Esta simulación muestra la colisión de dos densas estrellas de neutrones. La colisión ha formado un agujero negro orbitado por un remolino de gas magnetizado. Parte de la materia emerge en chorros de energía y vientos que producirán elementos pesados ​​y destellos de luz. Crédito: Imagen cortesía de A. Tchekhovskoy, R. Fernandez, D. Kasen
Esta simulación muestra la colisión de dos densas estrellas de neutrones. La colisión ha formado un agujero negro orbitado por un remolino de gas magnetizado. Parte de la materia emerge en chorros de energía y vientos que producirán elementos pesados ​​y destellos de luz. Crédito: Imagen cortesía de A. Tchekhovskoy, R. Fernandez, D. Kasen
  • Categoría de la entrada:Ciencia
  • Última modificación de la entrada:23 diciembre, 2021
  • Tiempo de lectura:3 minutos de lectura

Los físicos nucleares utilizaron supercomputadoras para modelar el estado extremo que quedaba después de que dos estrellas de neutrones ultradensas se fusionaran y formaran un agujero negro . Sus modelos mostraron cómo esta colisión expulsa la materia sobrante que orbita alrededor del agujero negro resultante. Esta situación crea las condiciones necesarias para crear los elementos más pesados ​​del universo.

Durante décadas, los astrónomos y físicos nucleares han trabajado para comprender cómo y dónde se formaron originalmente los elementos pesados ​​del universo. Estas simulaciones por computadora demuestran cómo la colisión de estrellas de neutrones puede crear y expulsar elementos pesados. Estos modelos también ilustran los destellos de luz que generan estos eventos. Esa información puede ayudar a los astrónomos a detectar y estudiar mejor estos eventos.

En agosto de 2017, la colisión de un par de estrellas de neutrones se convirtió en el primer evento detectado tanto en ondas gravitacionales como en luz. Este evento dio a los científicos una nueva ventana al comportamiento de la materia y la gravedad en condiciones extremas.

Gran parte de nuestra comprensión de lo que sucede en las colisiones se basa en simulaciones multifísicas tridimensionales, ejecutadas en las supercomputadoras más rápidas del mundo. El modelado se complica por la gravedad extrema (que requiere resolver las ecuaciones de la relatividad general de Einstein) y los intensos campos magnéticos que controlan el flujo de materia y provocan fuertes turbulencias.

Las simulaciones que se informan aquí son algunas de las primeras en seguir en detalle las secuelas a largo plazo de una colisión, donde un disco de materia residual de estrellas de neutrones orbita alrededor del agujero negro recién formado. Las simulaciones muestran cómo los campos magnéticos en el disco se retuercen y amplifican, y finalmente impulsan poderosos chorros relativistas y fuertes vientos.

Casi la mitad de la masa del disco se libera de esta manera, y la materia es lo suficientemente rica en neutrones como para proporcionar las condiciones necesarias para formar elementos pesados, como el oro y el uranio, mediante un proceso de captura rápida repetida de neutrones. La radiactividad de estos isótopos recién sintetizados producirá un brillo detectable, observado por primera vez por los astrónomos en el evento de 2017, que puede entenderse mejor en comparación con los resultados del nuevo modelo.

Referencia: “Long-term GRMHD simulations of neutron star merger accretion discs: implications for electromagnetic counterparts” by Rodrigo Fernández, Alexander Tchekhovskoy, Eliot Quataert, Francois Foucart and Daniel Kasen, 30 October 2018, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/sty2932

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