SIMULAÇÕES TRIDIMENSIONAIS REVELAM ORIGEM DE GÊISERES ESTELARES

elusiveorigi

Os astrofísicos finalmente têm uma explicação para as violentas mudanças de algumas das maiores, mais brilhantes e raras estrelas do universo.

As estrelas, chamadas de variáveis ​​luminosas azuis, periodicamente explodem em explosões deslumbrantes apelidadas de “gêiseres estelares”.
Essas poderosas erupções lançam material de planetas inteiros no espaço em questão de dias. A causa dessa instabilidade, no entanto, permanece um mistério há décadas.

 

Agora, novas simulações 3-D feitas por uma equipe de astrofísicos sugerem que o movimento turbulento nas camadas externas de uma estrela massiva cria aglomerados densos de material estelar. Esses aglomerados captam a luz intensa da estrela como uma vela solar, material em erupção no espaço. Depois de descartar massa suficiente, a estrela se acalma até que suas camadas externas se re-formem e o ciclo comece de novo, relatam os astrofísicos em 26 de setembro na Nature online.

Identificar a causa dos gêiseres estelares é significativo porque cada estrela extremamente massiva provavelmente passa parte de sua vida como uma variável azul luminosa, diz o co-autor Matteo Cantiello, pesquisador associado do Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron em Nova York. York City.

“Esta descoberta representa um importante passo em frente na compreensão da vida e morte das maiores estrelas do universo”, diz Cantiello. “Estas estrelas massivas, apesar do seu pequeno número, determinam em grande parte a evolução das galáxias através dos seus ventos estelares e explosões de supernovas. E quando morrem, deixam para trás buracos negros.”

Variantes azuis luminosas, ou LBVs, são extremamente raras, com apenas cerca de uma dúzia de manchas em torno da galáxia Via Láctea. As estrelas gigantescas podem exceder 100 vezes a massa do Sol e aproximar-se do limite teórico de quão massivas as estrelas podem chegar. Os LBVs também são excepcionalmente radiantes: os mais brilhantes brilham com mais de 1 milhão de vezes a luminosidade do sol. Essa luz empurra a matéria para o espaço porque a absorção e a reemissão de um fóton por um átomo resulta em um empurrão para fora.

O cabo de guerra entre a extrema gravidade puxando o material e a extrema luminosidade empurrando-o para fora é responsável pelas explosões de marca registrada de LBVs, acreditam os cientistas. A absorção de um fóton por um átomo, no entanto, requer que os elétrons sejam ligados em órbitas ao redor do núcleo do átomo. Nas camadas mais profundas e quentes de uma estrela, a matéria se comporta como um plasma com elétrons livres de átomos. Nas camadas externas mais frias, os elétrons começam a reunir seus átomos e podem, portanto, absorver fótons novamente.

Explicações anteriormente propostas para as explosões previam que elementos como o hélio nas camadas externas poderiam absorver fótons suficientes para superar a gravidade e voar para o espaço como uma explosão. Mas cálculos simples, unidimensionais, não apoiaram essa hipótese: as camadas externas não pareciam suficientemente densas para captar luz suficiente para dominar a gravidade.

 

Esses cálculos simples, no entanto, não capturaram a imagem completa da dinâmica complexa dentro de uma estrela colossal. Cantiello, junto com Yan-Fei Jiang, do Instituto Kavli de Física Teórica da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, e colegas, adotaram uma abordagem mais realista. Os pesquisadores criaram uma simulação computacional tridimensional e detalhada de como a matéria, o calor e a luz fluem e interagem em estrelas gigantescas. Os cálculos envolvidos exigiram mais de 60 milhões de horas de processamento de computadores para serem resolvidas.

Na simulação, a densidade média das camadas externas era baixa demais para que o material voasse – exatamente como os cálculos unidimensionais predisseram. No entanto, os novos cálculos revelaram que a convecção e a mistura nas camadas externas resultaram em algumas regiões mais densas do que outras, com alguns aglomerados opacos o suficiente para serem lançados no espaço pela luz da estrela. Tais erupções ocorrem em escalas de tempo variando de dias a semanas enquanto a estrela se agita e seu brilho flutua. A equipe estima que essas estrelas podem lançar cerca de 10 bilhões de trilhões de toneladas de material por ano, aproximadamente o dobro da massa da Terra.

Os pesquisadores planejam melhorar a precisão de suas simulações, incorporando outros efeitos, como a rotação da estrela, que pode facilitar o lançamento de material no espaço perto do equador de rotação rápida da estrela do que perto dos pólos quase estacionários. (Esse efeito é o motivo pelo qual a Nasa lança seus foguetes da Flórida e da Califórnia, em vez do Maine ou do Alasca.)

Melhorar a fidelidade das simulações de estrelas é crucial para alcançar insights astrofísicos, diz Cantiello. A mudança de cálculos simples e unidimensionais para simulações 3D completas requer mais músculos computacionais e física mais complexa, mas os resultados valem a pena. “Tivemos que implementar toda essa física para ver, com nossos próprios olhos, que esse processo – que não esperávamos ser importante – se tornaria fundamental para entender essas violentas erupções e a evolução dessas estrelas massivas, ” ele diz.

Fonte: https://m.phys.org/news/2018-09-elusive-stellar-geysers-revealed-d.html

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