Embora os campos magnéticos intensos sejam considerados a causa das supernovas mais poderosas, os astrofísicos criaram um modelo computacional do campo magnético, demonstrando o que acontece dentro de uma estrela que está morrendo antes de se tornar um monstro espacial.
Quando estrelas massivas morrem, elas explodem. Mas, às vezes, essas estrelas explodem fortemente e produzem uma das explosões mais poderosas do Universo observável.
Quando uma estrela massiva esgota seu suprimento de combustível de hidrogênio, a forte gravidade dentro do núcleo causa uma fusão gradual de seus elementos mais massivos. Em uma escala cósmica, esse processo é rápido. Mas assim que a fusão com o ferro ocorre, o processo pára abruptamente. A reação termonuclear no núcleo pára e a força da gravidade procura destruí-lo completamente.
Em apenas um segundo, o núcleo da estrela é fortemente comprimido e diminui em diâmetro de 1.000 a 10 milhas, o que leva ao surgimento de ondas de choque verdadeiramente gigantescas, que, como resultado, destroem a estrela. Em resumo, acontece o seguinte: a estrela esgota seu combustível, compressão, ondas de choque, explosão maciça. Tudo o que resta dela é uma nuvem em rápida expansão de gás quente e uma pequena estrela de nêutrons girando rapidamente no lugar onde o núcleo costumava estar.
Este modelo é compreensível e adequado para explicar como as estrelas massivas morrem. Mas às vezes, nos cantos mais distantes do universo, os astrônomos notam explosões de estrelas cujo poder excede em muito o que pode ser explicado pelos modelos tradicionais de supernova. Tais explosões são chamadas explosões de raios gama, e acredita-se que sua aparência seja causada por uma raça especial de supernova, a Hypernova. Além do fato de que Hypernova é nomeado após um vilão de um filme baseado em quadrinhos da Marvel, é também o epítome da intensidade magnética. O colapso do núcleo de uma estrela massiva não apenas leva a um rápido aumento em sua densidade. A estrela continua a girar e, como uma patinadora artística, que pressiona as mãos para si mesma enquanto gira, o núcleo em colapso da estrela em colapso começa a "desenrolar" rapidamente. Junto com a rotação, as correntes turbulentas nas emissões de plasma superaquecido e no campo magnético da estrela tornam-se extremamente concentradas.
Estrela Hypernova, formando 2 jatos gama (na visão do artista)
Até agora, os efeitos causados pelo colapso do núcleo da supernova eram considerados suficientemente bem estudados - em teoria, mas confirmados por observações de supernovas. Mas o mecanismo das hipnéias (e explosões gama) ainda não foi totalmente estudado até esse momento.
Usando simulações em um dos supercomputadores mais poderosos do planeta, uma equipe internacional de pesquisadores criou um modelo de núcleo de hypernova durante um colapso, uma fração de segundo após a explosão. E o que descobriram pode ajudar a desvendar o mistério das explosões de raios gama.
Acredita-se que a alta energia das explosões de raios gama é causada por algo que ocorre no núcleo de uma estrela massiva durante seu colapso e transformação em uma supernova. Algo que ejeta matéria e energia em direções opostas, formando dois jatos altamente concentrados (ou colimados) que saem dos pólos magnéticos de uma supernova. Esses jatos são tão intensos que, se um deles é direcionado para a Terra, a radiação que emana dele dará a impressão de ser causada por uma explosão muito mais forte do que a explosão de uma supernova comum. "Tentamos encontrar o mecanismo básico, a principal ferramenta, e descobrir por que o colapso de uma estrela pode levar à formação de tais jatos", disse Eric Schnetter, do Instituto de Física Teórica de Waterloo, em Ontário, que desenvolveu um modelo para criar um simulador dos moribundos. estrelas
Para entender por que esses jatos são tão poderosos, imagine uma vara de dinamite que foi colocada no chão e uma bala de canhão foi colocada em cima. Quando a dinamite explodir, haverá um grande estrondo, e talvez um pequeno funil de fumaça permaneça nela. Mas é improvável que a bala de canhão voe longe. Muito provavelmente, um pouco pule e deslize para dentro do funil. Mas se você colocar a mesma dinamite em um tubo de metal, feche uma extremidade e enrole uma bala de canhão na abertura - durante a explosão toda a energia será concentrada na extremidade aberta do tubo, e o núcleo voará por centenas de metros.
Por analogia com a dinamite, a maior parte da energia da hipernova está concentrada em dois jatos localizados dentro dos “tubos” magnéticos. Portanto, quando vemos um jato direcionado a nós, ele parece ser muitas vezes mais brilhante (e mais poderoso) do que o brilho de seus componentes se uma supernova de sua energia for emitida em todas as direções. Esta é uma explosão de raios gama.
No entanto, o processo de formação de tais jatos era quase incompreensível. Mas a modelagem do supercomputador Blue Waters localizado no Centro Nacional de Aplicações de Supercomputadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que levou 2 semanas, revelou um dínamo extremamente forte colocado em movimento pela turbulência, que provavelmente é a causa de tudo isso. "Com a ajuda de um dínamo, pequenas estruturas magnéticas caem dentro de uma estrela massiva e se transformam em estruturas magnéticas cada vez maiores necessárias para a formação de hipnovas e explosões de raios gama", disse Phillip Mosta, da Universidade da Califórnia em Berkeley, o primeiro autor de um estudo publicado. na revista Nature. "Isso inicia todo o processo."
“Durante muito tempo acreditou-se que isso é possível. E agora também mostramos isso.
Recriando a estrutura de pequena escala do núcleo de uma estrela moribunda durante um colapso, os pesquisadores mostraram - pela primeira vez - que um mecanismo chamado “instabilidade magnética rotacional” poderia causar fortes condições magnéticas dentro do núcleo da hipernova, que contribuem para a formação de poderosos jatos.
Sabe-se que diferentes camadas de uma estrela giram em velocidades diferentes. Até o nosso sol tem rotação diferencial. Quando o núcleo de uma estrela massiva colapsa, a rotação diferencial causa forte instabilidade, criando uma turbulência que transforma campos magnéticos em tubos com poderoso fluxo magnético. Esse alinhamento rápido ao longo de uma linha acelera o plasma das estrelas, que, por sua vez, aumenta a rotação do campo magnético em quatrilhões (isto é, 1 com 15 zeros) vezes. Este círculo vicioso leva à rápida liberação de material dos pólos magnéticos e aciona o mecanismo de explosão de raios-x e hipnova.
De acordo com Most, essa situação é semelhante à forma como poderosos furacões se formam na atmosfera da Terra. Pequenos fluxos turbulentos se fundem em um grande ciclone. Portanto, a hipernova pode ser considerada uma “tempestade ideal”, na qual uma pequena turbulência no núcleo colapsante cria poderosos campos magnéticos, que, por sua vez, causam, sob condições adequadas, a formação de intensos jatos de matéria. “Fizemos a primeira simulação em grande escala desse processo em altíssima resolução, o que demonstra a formação de um grande campo global a partir de um excepcionalmente turbulento”, afirmou Most. “A simulação também demonstra o mecanismo de formação de magnetares e estrelas de nêutrons com um campo magnético muito forte, o que pode fazer com que uma classe especial de supernova muito brilhante apareça.”
Embora seja interessante por si só estudar as explosões mais poderosas do Universo, este estudo também pode ajudar a entender como alguns dos elementos mais pesados do nosso Universo foram formados.
