Los científicos han modelado el proceso completo de la colisión de un agujero negro con una estrella de neutrones
En un nuevo estudio, los científicos de Instituto Max Planck para Física Gravitacional en Potsdam y Japón modeló el proceso completo de colisión de un agujero negro con una estrella de neutrones. Estimaron todo el proceso, comenzando con las órbitas finales y continuando durante el período de fusión y posterior a la fusión, cuando pueden ocurrir estallidos de rayos gamma de alta energía.
En particular, eligieron dos sistemas modelo diferentes que implican un agujero negro giratorio y una estrella de neutrones. Definieron 1. masas de agujeros negros en 5,4 y 8,1 masas solares y 2. masa de estrellas de neutrones en 1,35 masas solares.
Establecen estos parámetros porque el Estrella neutrón cabe esperar que sea desgarrado por las fuerzas de las mareas.
La simulación ofrece información importante sobre un proceso de uno o dos segundos. Puede parecer muy breve, pero suceden muchas cosas en ese momento: desde las órbitas finales y la ruptura de la estrella de neutrones por las fuerzas de marea, la eyección de materia, hasta la formación de un disco adicional alrededor del agujero negro naciente, y más eyección de materia en un chorro.
Masaru Shibata, director del Departamento de Astrofísica Relativista Computacional del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, dijo: “Este chorro de alta energía es probablemente también una razón para estallidos de rayos gamma, cuyo origen sigue siendo misterioso. Los resultados de la simulación indican que la materia expulsada debe sintetizar elementos pesados como el oro y el platino”.
La simulación muestra que la estrella de neutrones es destrozada por las fuerzas de marea durante el proceso de fusión. En unos pocos milisegundos, alrededor del 80% del material de la estrella de neutrones cae en el agujero negro, añadiendo una masa solar a su masa. La materia de la estrella de neutrones crea una forma espiral de un solo brazo durante los próximos diez milisegundos más o menos.
El material restante en el brazo espiral (0,2 a 0,3 masas solares) forma un anillo de acreción alrededor del agujero negro a medida que parte del mismo es expulsado del sistema. Después de la fusión, el disco de acreción cae en el agujero negro, creando una corriente en chorro. radiación electromagnética lo que eventualmente puede resultar en un breve estallido de rayos gamma.
Dr. Kenta Kiuchi, líder del grupo en el departamento de Shibata que desarrolló el código, dijo, “La computadora del clúster del departamento de Sakura tardó unos dos meses en resolver las ecuaciones de Einstein para el proceso, lo que lleva unos dos segundos. Tales simulaciones relativistas generales consumen mucho tiempo. Es por eso que los grupos de investigación de todo el mundo solo se han centrado en simulaciones breves”.
“Por el contrario, una simulación de extremo a extremo como la que realizamos por primera vez proporciona una imagen autoconsistente de todo el proceso para ciertas condiciones iniciales binarias que se definen una vez al principio”.
Referencia de la revista:
- Kota Hayashi, Sho Fujibayashi et al. Simulación magnetohidrodinámica de la radiación de neutrinos relativistas generales de las fusiones de estrellas de neutrones del segundo agujero negro. Física Rev. D 106, 023008 – Publicado el 8 de julio de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevD.106.023008
