Simulación computarizada del nacimiento de una estrella de neutrones

 Investigadores del  Max Planck Institut für Astrophysics desarrollaron el más caro y complejo proceso de simulación computacional para recrear el proceso de formación de las llamadas estrellas de neutrones y estudiar el proceso de colapso gravitatorio que las origina. La simulación, es extremadamente precisa, y ha permitido dar a conocer detalles sobre este violento proceso, que muestran la compleja dinámica que ocurre cuando una estrella sufre una catástrofe y colapsa.

 Las estrellas con masas entre 8 y 10 veces mayores que nuestro Sol terminan su ciclo vital en una gran explosión en la que la mayoría de la materia constituyente de la misma se propaga violentamente al espacio circundante. Estos eventos son los más energéticos y luminosos eventos que se pueden detectar en nuestro universo y se pueden registrar durante semanas: son las llamadas supernovas. Estos procesos han dado origen a los elementos que componen nuestro universo y forman parte de los planetas y asteroides del mismo. El carbono, oxígeno, hierro y el silicio que compone lo conocido se originó de esta manera. Como bien dicen: somos polvo de estrellas.

 Los fenómenos de las supernovas son además los que originan las llamadas estrellas de neutrones: esferas de unos 12 km de diámetro en los que se concentra toda la materia que no fue expulsada por la explosión de la supernova. Estas esferas están compuestas por una corteza de hierro y en su interior se encuentras las partículas atómicas constituyentes de las moléculas, protones y electrones, de la estrella comprimidos formando una especie de cristal de neutrones. Naturalmente es imposible llevar adelante experimentos a escala para poder conocer a fondo estos procesos, de manera que las simulaciones computacionales son la única herramienta disponible para conocer la génesis de las estrellas de neutrones. 

 Gracias al Research Services (RZG) del Max Planck Institute se ha podido correr este modelo tridimensional en un proceso que ha requerido unas 150 millones de horas de procesador, todo un récord para el programa PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) de la Unión Europea. Mediante el uso en paralelo de 16.000 procesadores de dos de los únicos centros europeos capaces de realizar estos cálculos, el TGCC francés y el LRZ alemán, han permitido componer este espectacular video que ha sorprendido a los investigadores. Se puede apreciar el surgimiento de inestabilidades en el gas calentado por los neutrinos de la estrella, similares al burbujeo de un líquido en ebullición. El nivel de detalle físico obtenido es, además, de gran precisión, lo que sin dudas es todo un logro científico.

 Un modelo realizado en dos dimensiones, con el uso de agua corriente y equipo realmente mucho más barato que una supercomutadora, permite simular experimentalmente el comportamiento obtenido mediante simuladores. El modelo se denomina SWASI: Shallow Water Analogue of Shock Instability se describe en este paper en el arXiv. Es por cierto, una más que interesante herramienta didáctica que estaría bueno se implementara en los aburridos cursos iniciales de física liceales y universitarios.

  En Starneutron se explica, en tres artículos, lo que es una supernova y lo que es una estrella de neutrones.

  La noticia y las imágenes utilizadas en este post provienen del Max Planck Institut für Astrophysik.