sábado, 17 de septiembre de 2016

Supercomputadora simula una ultra-luminosa fuente de rayos X en M82 X-2

Una supercomputadora  recreó un parpadear imposiblemente brillante "un pulsar monstruo."
La fuente de energía central de fuentes pulsantes enigmáticas ultra-luminosas de rayos X (ULX) podría ser una estrella de neutrones de acuerdo a las simulaciones numéricas realizadas por un grupo de investigación dirigido por Tomohisa Kawashima en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ).


ULXs,  son notablemente fuentes de rayos X brillantes, se pensaba que eran alimentados por agujeros negros. Pero en 2014, el telescopio espacial de rayos X "NuSTAR" detecta las emisiones de impulsos periódicos inesperados en un ULX llamado M82 X-2. El descubrimiento de este objeto denominado "ULX-pulsar" ha desconcertado a los astrofísicos. Los agujeros negros pueden ser lo bastante masivo para proporcionar la energía necesaria para crear ULXs, pero los agujeros negros no deberían ser capaces de producir emisiones pulsadas. Por el contrario, los púlsares "," una especie de estrella de neutrones, se denominan según las emisiones pulsadas que producen, pero son mucho más débiles que ULXs. Se necesita una nueva teoría para explicar "ULX-pulsar."

Los ULXs se cree que es causada por un objeto por la fuerte gravedad de la acreción de gas de una estrella compañera. A medida que el gas cae hacia el objeto, se choca con otro gas. Estas colisiones calientan el gas hasta  lo suficiente para empezar a brillar intensamente. Los fotones (en este caso los rayos X) emitida por este gas luminoso son lo que los astrónomos observan efectivamente. Pero a medida que los fotones viajan desde el centro, empujan contra el gas entrante, ralentizando el flujo de gas hacia el centro. Esta fuerza se llama la fuerza de presión de la radiación. A medida que más gas cae sobre el objeto, se hace más caliente y más brillante, pero si llega a ser demasiado brillante la presión de la radiación disminuye el gas que cae tanto que se crea un "atasco de tráfico." Este atasco de tráfico limita la velocidad con la que el gas puede añadir nueva energía adicional al sistema y evita que reciba algo más brillante. Este límite superior de luminosidad, a la que la presión de la radiación equilibra la fuerza de la gravedad, se llama la luminosidad de Eddington.

La luminosidad Eddington se determina por la masa del objeto. Debido a que los púlsares tienen masas cientos de miles de veces menos que los agujeros negros  se cree que puede ser la alimentación ULXs, sus luminosidades Eddington son muy inferiores a lo que sería necesario para dar cuenta de ULXs brillante. Pero Kawashima y su equipo comenzaron a preguntarse si podría haber una manera para que los púlsares pudieran evitar el atasco de tráfico causado por la luminosidad de Eddington. "Los astrofísicos han estado desconcertados", explica, "Puede ser difícil de sostener la acreción supercrítica en las estrellas de neutrones, porque las estrellas de neutrones tienen superficies sólidas, a diferencia de los agujeros negros. Fue un gran desafío  dilucidar la forma de realizar las supercríticas acreciónes en las estrellas de neutrones que exhiben emisiones de impulso ".

Para púlsares normales, los investigadores utilizan un modelo de "columnas de acreción", donde el gas que cae es guiado por un fuerte campo magnético del pulsar de modo que aterrice en los polos magnéticos. Si el polo magnético está alineado con el eje de rotación de la estrella de neutrones (muy similar a cómo "norte magnético" es diferente de "norte verdadero" en la Tierra), entonces la ubicación del polo magnético girará en torno al eje de rotación como la estrella de neutrones gira. Si los puntos del polo magnético apuntan hacia la Tierra, parece brillante para nosotros, pero cuando  gira alejándose, las emisiones parecen desaparecer. Esto es similar a cómo un faro parece parpadear como la dirección de su haz de giro .

Con el fin de abordar el misterio de ULX-pulsar, Kawashima y su equipo llevaron a cabo simulaciones para ver si hay alguna manera de que las columnas acreción de gas pudieran fluir suavemente sin un atasco de tráfico y llegar a ser cientos de veces más brillante que la luminosidad de Eddington. "Nadie sabía si la acumulación de la columna supercrítica en realidad podría llevarse a cabo en una estrella de neutrones", explica Shin Mineshige en la Universidad de Kyoto, "Fue un problema difícil porque teníamos que resolver simultáneamente las ecuaciones de la hidrodinámica y la transferencia de radiación, lo que requería avanzada técnicas numéricas y potencia de cálculo ". En la década de 1970, unos astrofísicos abordaron brevemente el cálculo de columnas moderadamente (no muy) supercrítico de acreción, sin embargo tuvieron que hacer muchas suposiciones para hacer los cálculos viables. "Pero gracias a los avances recientes en las técnicas y recursos de la computadora", dice Ken Ohsuga en NAOJ, "ahora nos encontramos en los albores de la era simulaciones de radiación hidrodinámica." Los códigos se utilizan ya para los estudios se centraron en las simulaciones de los agujeros negros. Por lo tanto, impulsado por el descubrimiento de ULX-pulsar, este equipo aplica su código de radiación hidrodinámica para simular columnas de acreción supercríticos en estrellas de neutrones, y lleva a cabo las simulaciones en la supercomputadora NAOJ "ATERUI."


Este equipo tiene la intención de desarrollar aún más su trabajo mediante el uso de este nuevo modelo de faro para estudiar las características observacionales detallados de la ULX-pulsar M82 X-2, y para explorar otros candidatos ULX-pulsar.http://spaceref.com/astronomy/supercomputer-simulation-of-ultra-luminous-x-ray-source-m82-x-2.html

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