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| La simulación tridimensional de la supernova exótica revela las estructuras turbulentas generadas durante la eyección de material en la explosión. Estas estructuras turbulentas repercuten posteriormente en el brillo y la estructura de la explosión de toda la supernova. La turbulencia desempeña un papel fundamental en el proceso de explosión de una supernova, ya que es el resultado del movimiento irregular de los fluidos, lo que da lugar a una dinámica compleja. Estas estructuras turbulentas mezclan y distorsionan la materia, influyendo en la liberación y transferencia de energía, lo que afecta al brillo y aspecto de la supernova. Gracias a las simulaciones tridimensionales, los científicos profundizan en los procesos físicos de las peculiares explosiones de supernovas y pueden explicar los fenómenos observados y las características de estas extraordinarias supernovas. Crédito: Ke-Jung Chen/ASIAA |
Una supernova es una potente y luminosa explosión estelar que tiene lugar durante las últimas etapas evolutivas de una estrella masiva. El brillo resultante de la explosión de supernova equivale al de miles de millones de soles, iluminando todo el universo. Durante este acontecimiento, también se expulsan elementos pesados formados en el interior de la estrella, lo que sienta las bases para el nacimiento de nuevas estrellas y planetas y desempeña un papel crucial en el origen de la vida.
Nuestro conocimiento de las supernovas ha aumentado considerablemente en los últimos 50 años gracias a su estudio. Según los resultados más recientes del estudio de supernovas a gran escala, las supernovas exóticas son explosiones estelares poco comunes que desafían y refutan las creencias mantenidas hasta ahora sobre la física de las supernovas.
Ke-Jung Chen, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica (ASIAA) de Taiwán, dirigió un equipo internacional y creó las primeras simulaciones hidrodinámicas de radiación en 3D de alta resolución del mundo para supernovas exóticas.
Para ello utilizaron los potentes superordenadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de EE.UU. y del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
Los modelos unidimensionales anteriores tenían fallos importantes. Durante las explosiones de supernovas se producen importantes turbulencias, que son esenciales para la explosión y el brillo de las supernovas. Sin embargo, los modelos unidimensionales no pueden reproducir con precisión la turbulencia desde cero. Debido a estas dificultades, la comprensión fundamental de los procesos físicos subyacentes a las supernovas exóticas sigue siendo uno de los problemas más desafiantes de la astrofísica teórica actual.
Esta simulación de alta resolución de explosiones de supernovas planteó muchas dificultades. La complejidad y los requisitos de procesamiento de la simulación aumentaban significativamente a medida que crecía la escala de la simulación, lo que dificultaba mantener una alta resolución y hacía necesario el estudio de múltiples procesos físicos.
Ke-Jung Chen destacó las ventajas de su código de simulación frente a los de otros equipos de Europa y América. A diferencia de las supernovas exóticas, en las que los efectos multidimensionales y la radiación desempeñan un papel crucial a la hora de afectar a las emisiones de luz de la explosión y a la dinámica general, las simulaciones pertinentes en el pasado se han limitado sobre todo a modelos unidimensionales y unos pocos bidimensionales de fluidos.
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| Las distribuciones físicas finales de la supernova exótica, con cuatro cuadrantes de color distintos que representan diferentes magnitudes físicas: I. temperatura, II. velocidad, III. densidad de energía radiativa y IV. densidad del gas. El círculo blanco discontinuo indica la posición de la fotosfera de la supernova. En esta imagen, toda la estrella se vuelve turbulenta desde el interior hacia el exterior. Las posiciones en las que chocan los materiales eyectados coinciden estrechamente con la fotosfera, lo que indica la producción de radiación térmica durante estas colisiones, que se propaga eficazmente hacia el exterior y crea simultáneamente una capa de gas irregular. Esta imagen nos ayuda a comprender la física subyacente de las supernovas exóticas y proporciona una explicación de los fenómenos observados. Crédito: Ke-Jung Chen/ASIAA |
Gracias a la amplia experiencia del equipo en el modelado de explosiones de supernovas y la realización de simulaciones a gran escala, por fin han creado las primeras simulaciones hidrodinámicas de radiación tridimensionales del mundo de supernovas exóticas.
Según las conclusiones del equipo de investigación, las erupciones esporádicas en grandes estrellas pueden tener rasgos parecidos a varias supernovas más débiles. El fenómeno de las supernovas superluminosas se debe a la capacidad de aproximadamente el 20-30% de la energía cinética del gas para transformarse en radiación cuando chocan materiales de varios periodos de erupción.
El gas erupcionado también forma una estructura de lámina tridimensional densa pero irregular debido a la acción de enfriamiento por radiación, y esta capa de lámina se convierte en la principal fuente de emisión de luz en la supernova. Los resultados de su modelización explican satisfactoriamente las características observacionales de las supernovas inusuales comentadas anteriormente.
Este trabajo supone un avance sustancial en la comprensión de la física de las supernovas exóticas gracias a las simulaciones por superordenador de última generación. Los astrónomos encontrarán más supernovas inusuales cuando se pongan en marcha los proyectos de prospección de supernovas de próxima generación, lo que contribuirá a nuestra comprensión de las etapas de extinción de las grandes estrellas típicas y de sus mecanismos de explosión.
Fuentes, créditos y referencias:
DOI: 10.3847/1538-4357/ace968