Una nueva simulación por supercomputadora muestra que la colisión de dos estrellas de neutrones puede producir de forma natural las estructuras magnéticas que se supone alimentan de energía los chorros de partículas de alta velocidad asociados con los estallidos cortos de rayos gamma (GRBs). El estudio proporciona la visión más detallada hasta ahora de las fuerzas que impulsan algunas de las explosiones más energéticas del Universo.
La simulación se mantuvo durante casi siete semanas en el grupo integrado de ordenadores Damiana en el Instituto Albert Einstein (AEI) en Potsdam, Alemania. Traza eventos que se desarrollan durante 35 milisegundos, casi tres veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos.
Los GRBs están entre los más brillantes acontecimientos conocidos, que emiten más energía en unos pocos segundos que nuestra galaxia entera hace en un año. La mayor parte de esta emisión se presenta en forma de rayos gamma, la forma de energía más alta de la luz.
"Por primera vez, hemos conseguido ejecutar la simulación más allá de la fusión y la formación del agujero negro", dijo Chryssa Kouveliotou, co-autora del estudio en el Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama. "Este es con mucho el periodo más largo de simulación de este proceso, y sólo en escalas de tiempo lo suficientemente duraderas el campo magnético puede crecer y reorganizarse pasando de una estructura caótica en algo parecido a un chorro".
Los GRBs de más de dos segundos son el tipo más común y se cree que son provocados por el colapso de una estrella masiva en un agujero negro. Como la materia cae hacia el agujero negro, parte de ella forma chorros en la dirección opuesta que se mueve cerca de la velocidad de la luz. Estos chorros se mueven a través de la estrella en colapso a lo largo de su eje de rotación y producen una explosión de rayos gamma después de emerger. Comprender los GRBs cortos, que se desvanecen rápidamente, resultó más difícil. Los astrónomos tenían dificultades para obtener posiciones precisas para el seguimiento.
Eso comenzó a cambiar en 2004, cuando el telescopio Swift de la NASA comenzó rápidamente a ubicar la localización de las explosiones y a alertar a los astrónomos dónde buscar.
"Durante más de dos décadas, el modelo líder de los GRBs cortos fue la fusión de dos estrellas de neutrones", dijo el co-autor Bruno Giacomazzo en la Universidad de Maryland y el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Md. "Sólo ahora podemos mostrar el resultado de que la fusión de estrellas de neutrones en realidad produce un campo magnético ultrafuerte estructurado como los chorros necesarios para un GRB".
Una estrella de neutrones es el núcleo comprimido dejado atrás cuando una estrella de peso inferior a 30 veces la masa del sol explota como una supernova. Su materia alcanza densidades que no se pueden reproducir en la Tierra: solo una cucharada supera las montañas del Himalaya.
La simulación se inició con un par de estrellas de neutrones magnetizadas orbitando a tan sólo 11 kilómetros de distancia. Cada estrella llenó 1,5 veces la masa del Sol en una esfera de apenas 17 kilómetros y generó un campo magnético alrededor de 1.000 millones de veces más fuerte que el sol.
En 15 milisegundos, las dos estrellas de neutrones colisionaron, se fusionaron y se transformaron en un agujero negro en giro con un peso 2,9 soles. El borde del agujero negro, conocido como su horizonte de evento, se extendió menos de 10 kilómetros. Un remolino de caos de materia superdensa con temperaturas de más de 18 mil millones de grados Fahrenheit rodeó el agujero negro recién nacido. La fusión amplificó la fuerza del campo magnético combinado, pero también revuelto en desorden.
Durante los siguientes 11 milisegundos, el gas en giro a cerca de la velocidad de la luz continuó ampliando el campo magnético, que en última instancia se convirtió en mil veces más fuerte que los campos originales de las estrellas de neutrones. Al mismo tiempo, el campo se hizo más organizado y poco a poco formaron un par de embudos hacia el exterior dirigidos a lo largo del eje de rotación del agujero negro.
Esta es exactamente la configuración necesaria para alimentar los chorros de partículas que producen una explosión corta ultrarrápida de rayos gamma. Ninguno de los embudos magnéticos se llenó de materia de alta velocidad cuando se terminó la simulación, pero estudios anteriores han demostrado que la formación de chorros puede ocurrir en estas condiciones.
"Al resolver las ecuaciones de Einstein de la relatividad como nunca antes y dejar que la naturaleza siga su curso, hemos levantado el velo de los GRBs cortos y revelado lo que podría ser su motor central", dijo Luciano Rezzolla, autor principal del estudio de AEI. "Este es un resultado esperado. Ahora parece que las fusiones de estrella de neutrones producen inevitablemente estructuras alineadas en forma de reacción en un campo magnético ultrafuerte".
Fuente: ep
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