Luz repetida de fusión de estrellas de neutrones

Una sofisticada simulación por computadora en 3D replicó con éxito las características espectrales observadas durante la fusión de una estrella de neutrones, asemejándose a un evento de kilonova.

Según Luke Shingles, autor principal de una publicación en The Astrophysical Journal Letters y científico de GSI/FAIR, se trata de una coincidencia notable entre nuestras simulaciones y el mundo real. Evento Kilonova (AT2017gfo) Demuestra una amplia comprensión de la explosión y sus consecuencias. Observaciones recientes, que combinan ondas gravitacionales y datos de luz visible, han identificado las fusiones de estrellas de neutrones como una fuente importante de producción de elementos. La investigación fue realizada por científicos de GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung y la Queen’s University de Belfast.

Simulación 3D y transporte atómico.

La luz visible a través de los telescopios, que surge del material expulsado durante la fusión de estrellas de neutrones, está determinada por la interacción entre electrones, iones y fotones. Estos complejos procesos y la luz emitida resultante pueden representarse eficazmente mediante simulaciones por ordenador de la transferencia radiativa. En un desarrollo innovador, los investigadores han creado una simulación 3D que rastrea perfectamente toda la secuencia de eventos, incluidas las fusiones de estrellas de neutrones, la síntesis nuclear para capturar neutrones, la energía liberada a través de la desintegración radiactiva y la transferencia radiativa. Estas simulaciones representan decenas de millones de transformaciones atómicas que involucran elementos pesados.

Debido a su naturaleza 3D, este modelo permite observar la luz desde diferentes ángulos de visión. Cuando se observa desde un punto de vista aproximadamente perpendicular al plano orbital de las dos estrellas de neutrones, de acuerdo con las observaciones de kilonovas de AT2017gfo, el modelo predice una serie de patrones espectrales que son muy similares a los detectados en AT2017gfo.

«La investigación en este campo nos ayudará a comprender los orígenes de elementos más pesados ​​que el hierro (como el platino y el oro), que se producen principalmente mediante la captura rápida de neutrones en las fusiones de estrellas de neutrones», afirma Schingels.

Casi la mitad de los elementos de la tabla periódica, después del hierro, se sintetizan en entornos caracterizados por temperaturas extremas y densidades de neutrones excepcionalmente altas.

Estas condiciones se cumplen cuando dos estrellas de neutrones convergen y se fusionan. A medida que se acercan y se fusionan, la explosión expulsa materia en condiciones que conducen a la formación de núcleos atómicos inestables, pesados ​​y ricos en neutrones a través de una cascada de captura de neutrones y desintegración beta. Estos núcleos recién formados eventualmente se descomponen en formas estables, liberando energía que alimenta un dramático fenómeno conocido como kilonova transitoria. Este evento da como resultado un estallido de luz brillante que disminuye rápidamente en aproximadamente una semana.

Datos experimentales de alta calidad.

Esta simulación 3D integra diferentes campos físicos, las propiedades de la materia circundante en densidades extremas, las características de los núcleos pesados ​​inestables y las interacciones entre los átomos y la luz que involucran elementos pesados.

Quedan desafíos inminentes, como abordar la tasa de modificaciones de la distribución espectral y dilucidar el comportamiento de los materiales expulsados ​​en las últimas etapas. Los avances en esta área mejorarán la precisión de nuestras predicciones y la comprensión de las características espectrales, mejorando nuestro conocimiento de las condiciones bajo las cuales surgen los elementos pesados. Para el desarrollo de estos modelos es crucial la disponibilidad de datos experimentales de alta calidad sobre átomos y núcleos, que proporcionará la instalación FAIR.