Hipernova: científicos simulan una gigantezca explosión con ayuda de una supercomputadora

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Hipernova: científicos simulan una gigantezca explosión con ayuda de una supercomputadora

Una instantánea en 2D de una supernova de inestabilidad de pares cuando las ondas de explosión está a punto de atravesar la superficie de la estrella. Las pequeñas perturbaciones representan la inestabilidad de los fluidos, en una región donde diferentes elementos interactúan y se mezclan. (ASIAA / Ken Chen)

Un equipo de investigadores logró hacer una simulación de una hipernova, de las explosiones más potentes en el universo, con ayuda de una de las mejores supercomputadoras del mundo.

La simulación se dio con el objetivo de estudiar cómo se desarrollaron las primeras explosiones estelares y los procesos que envuelven. Además, buscaban encontrar una relación entre el movimiento del gas y la radicación de energía en estas explosiones.

Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal.

Explosiones gigantescas

Una hipernova es básicamente una supernova con esteroides. Las hipernovas son aproximadamente 100 veces más potentes que una supernova convencional y se dan en estrellas que tienen entre 130 a 250 masas solares.

Los científicos han estudiado a las supernovas por mucho tiempo. Gracias a ello ahora se sabe cómo funcionan, qué tipos de supernova hay y en qué condiciones se producen. Además, se conoce que expulsan elementos más pesados que hidrógeno y helio al espacio.

Según Universe Today, existen dos tipos de hipernova: las que se producen por colapso de núcleo (cuando una estrella se queda sin combustible) y por inestabilidad de pares (cuando electrones y positrones crean caos dentro de la estrella masiva).

Para este caso específico, los investigadores decidieron estudiar a aquellas del tipo de inestabilidad de pares. Estas producen grandes cantidades de níquel-56, un isótopo radioactivo de níquel.

La descomposición de este isótopo es lo que crea el resplandor de una supernova. Sin ella, una supernova sería un destello brillante, sin luz que permanezca después.

Las primeras en el universo

Sabemos mucho sobre estas explosiones, pero desconocemos aún más. Existen huecos en nuestra comprensión de estos objetos que todavía nos falta llenar. Por ejemplo, desconocemos cómo se produjeron los primeros elementos a causa de estas explosiones.

Para averiguarlo, el equipo decidió poner atención en las explosiones que se produjeron en el universo temprano. En ese entonces las estrellas eran mucho más masivas, por lo que las explosiones deberían ser mucho más potentes que una supernova convencional.

Este pequeño detalle los llevo a plantearse estudiar las hipernovas del universo temprano. Sin embargo, a diferencia de las supernovas, las hipernovas son extremadamente raras. Observarlas es un ejercicio bastante complicado.

Con este gran obstáculo, pensaron en una solución más viable: simulaciones en supercomputadoras.

Supercomputadora

El equipo utilizó la supercomputadora del Centro de Astrofísica Computacional (CfCA) del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) para realizar la simulación. En 2018, cuando comenzó a operar, era la supercomputadora más rápida del mundo para simulaciones astrofísicas. 

«Cuanto mayor sea la escala de simulación, para mantener alta la resolución, todo el cálculo se volverá muy difícil y exigirá mucha más potencia computacional», declaró Ke-Jung Chen, autor principal del estudio.

La física de estos procesos no se queda atrás, es bastante complicada. Para combatir esto, Chen dijo que su mejor ventaja era el «código bien elaborado y una estructura de programa robusta».

De esta manera, el equipo ejecutó la simulación de una explosión gigantezca de una estrella durante 300 días. El tiempo prolongado se debe al níquel-56. El equipo deseaba observar cómo este isótopo creaba un brillo de larga duración por la explosión.

A pesar de las dificultades físicas y computacionales, los investigadores lograron observar una burbuja caliente de níquel-56 que se formaba como una cáscara aproximadamente 200 días después de la explosión inicial.

Un perfil tridimensional de una supernova de pares de inestabilidad. El cubo azul muestra todo el espacio simulado. La región naranja es donde el níquel-56 se descompone. (ASIAA / Ken Chen)

Gracias a la simulación, el equipo descubrió que aproximadamente el 30 por ciento de la energía de la explosión se emplea en el movimiento del gas. El otro 70 por ciento restante queda disponible parar la luminosidad.

La luz de una hipernova la convierten en candidatos potentes para entender cómo funcionaba el universo temprano. Sin embargo, hasta ahora no tenemos instrumentos tan sensibles como para observar tan profundo en el espacio. Eso podría cambiar con la llegada de la siguiente generación de telescopios, como el James Webb.

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