La combinación de estrellas de neutrones puede alimentar un estallido corto de rayos gamma...

 El superordenador muestra que la combinación de estrellas de neutrones puede alimentar un estallido corto de rayos gamma. Crédito: NASA/Goddard Space Flight Center.

WASHINGTON--Una nueva simulación de supercomputadora muestra que la colisión de dos estrellas de neutrones puede producir naturalmente las estructuras magnéticas y crear los chorros de partículas de alta velocidad asociadas con ráfagas de rayos gamma cortos (llamaradas) de potencia. El estudio proporciona la visión más detallada de las fuerzas que impulsan algunas de las explosiones más energéticas del universo.

 

La simulación de estado-of-the-art duró casi siete semanas en el cluster de computadoras de Damiana en el Albert Einstein Institute (AEI) en Potsdam, Alemania. Traza eventos que despliegan más de 35 milisegundos--aproximadamente tres veces más rápido que el parpadeo de un ojo.

 

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Estas imágenes muestran la fusión de dos estrellas de neutrones recientemente simulado utilizando un nuevo modelo de supercomputadora. El color más rojizo indica menores densidades. Líneas y cintas verdes y blancas representan campos magnéticos. Las estrellas de neutrones orbitando rápidamente pierden energía emitiendo ondas gravitacionales y combinar después de aproximadamente tres órbitas, o en menos de 8 milisegundos. La fusión se amplifica y codifica el campo magnético combinado. La forma de un agujero negro y el campo magnético se convierte en más organizada, eventualmente producen estructuras capaces de soportar los jets de ráfagas de rayos gamma cortos de potencia. Crédito: NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz y L. Rezzolla.

 

Las llamaradas se encuentran entre los más brillantes eventos conocidos, emiten tanta energía en pocos segundos como nuestra galaxia entera en un año. La mayor parte de esta emisión viene en forma de rayos gamma, la forma de más alta energía de la luz.

 

"Por primera vez, hemos logrado ejecutar la simulación mucho más allá de la fusión y la formación del agujero negro," dijo Chryssa Kouveliotou, coautor del estudio en el Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama "es por lejos la simulación más larga de este proceso, y sólo en escalas de tiempo suficientemente largo, el campo magnético crece y reorganiza su propio de una estructura caótica en algo parecido a un jet.

 

Llamaradas de más de dos segundos son el tipo más común y se cree ampliamente que se desencadenan por el colapso de una estrella masiva en un agujero negro. Como asunto cae hacia el agujero negro, algunas de ellas formas jets en la dirección opuesta que se acercan a la velocidad de la luz. Estos chorros, agujero a través de la estrella colapsada a lo largo de su eje de rotación y producen una explosión de rayos gamma, después de que emergen. La comprensión corta de llamaradas, que desaparecen rápidamente, resultó más difícil. Los astrónomos tenían dificultades para obtener posiciones precisas para estudios de seguimiento.

 

Comenzó a cambiar en 2004, cuando el satélite Swift de la NASA comenzó rápidamente a localizar ráfagas y alertar a los astrónomos donde buscar.

 

"Durante más de dos décadas, el modelo líder de llamaradas cortas fue la fusión de dos estrellas de neutrones," dijo coautor Bruno Giacomazzo en la Universidad de Maryland y Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, MD. "sólo ahora podemos demostrar la fusión de dos estrellas de neutrones que realmente producen un campo magnético ultra fuerte, estructuradas como los chorros para un GRB".

 

Una estrella de neutrones es el núcleo comprimido dejado atrás cuando una estrella de pesada masa de menos de 30 veces del Sol explota como una supernova. Su materia alcanza densidades que no se pueden reproducir en la Tierra--una sola cucharada supera las montañas del Himalaya.

 

La simulación se inició con un par de estrellas de neutrones magnetizados orbitando a solo 11 millas de distancia. Cada estrella se halla embalada a 1,5 veces la masa del Sol dentro de una esfera sólo 17 millas a través de y genera un campo magnético alrededor de un billón de veces más fuerte que el Sol.

 

En 15 milisegundos, las dos estrellas de neutrones se estrellaron, se fusionaron y se transformaron en un rápido giro negro de 2,9 soles. El borde del agujero negro, conocido como su horizonte de sucesos, duró menos de seis millas. Un caotico remolino de materia superdensa con temperaturas superiores a los 18 billones de grados Fahrenheit había rodeado recien el agujero negro. La fusión amplifica la intensidad del campo magnético combinado, pero también lo revuelve en desorden.

 

Durante los próximos 11 milisegundos, los remolinos de gas cerca de la velocidad de la luz continuaron amplificando el campo magnético, que finalmente se convirtió en mil veces más fuerte que el campos original de las estrellas de neutrones. Al mismo tiempo, el campo se convirtió en más organizado y poco a poco formó un par de embudos exteriormente dirigidos a lo largo del eje de rotación del agujero negro.

 

Esto es exactamente la configuración necesaria para alimentar los chorros de partículas ultrarrápidos que producen un estallido de rayos gamma corto. Ninguno de los embudos magnéticos se llenó con la materia de alta velocidad cuando terminó la simulación, pero estudios anteriores han demostrado que la formación de jet puede ocurrir bajo estas condiciones.

 

"Por la resolución de ecuaciones de la relatividad de Einstein como nunca antes y dejar la naturaleza que siga su curso, nosotros hemos levantado el velo en llamaradas cortas y reveló lo que podría ser su motor central, dijo Luciano Rezzolla, Directora y autora principal del estudio en AEI. "Este es un resultado esperado. Ahora parece que las fusiones de la estrella de neutrones producen inevitablemente estructuras de jet alineadas en un campo magnético ultra fuerte".

 

El estudio está disponible en línea y aparecerá en la edición del 1 de mayo de The Astrophysical Journal letras.

 

Los autores señalan que la prueba definitiva de la modelo de fusión tendrá que esperar la detección de ondas gravitacionales--ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo predicha por la relatividad. La fusión de estrellas de neutrones se espera que fuentes prominentes, por lo que los investigadores también calculan lo que sería la señal del modelo de onda gravitacional. Observatorios alrededor del mundo están buscando ondas gravitacionales, hasta ahora sin éxito, porque las señales son tan débiles.

 

Lynn Chandler
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

raducción: El Quelonio Volador