p Durante a maior parte do século 20, astrônomos vasculharam os céus em busca de supernovas - as mortes explosivas de estrelas massivas - e seus remanescentes em busca de pistas sobre o progenitor, os mecanismos que o fizeram explodir, e os elementos pesados ​​criados no processo. Na verdade, esses eventos criam a maioria dos elementos cósmicos que continuam a formar novas estrelas, galáxias, e vida. p Porque ninguém pode realmente ver uma supernova de perto, os pesquisadores contam com simulações de supercomputadores para dar a eles insights sobre a física que inicia e impulsiona o evento. Agora, pela primeira vez, uma equipe internacional de astrofísicos simulou a física tridimensional (3-D) das supernovas superluminosas - que são cerca de cem vezes mais luminosas do que as supernovas típicas. Eles alcançaram esse marco usando o código CASTRO do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e supercomputadores no National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC). Um artigo descrevendo seu trabalho foi publicado em Astrophysical Journal .

p Os astrônomos descobriram que esses eventos superluminosos ocorrem quando um magnetar - o cadáver girando rapidamente de uma estrela massiva cujo campo magnético é trilhões de vezes mais forte que o da Terra - está no centro de uma jovem supernova. A radiação liberada pelo magnetar é o que amplifica a luminosidade da supernova. Mas para entender como isso acontece, os pesquisadores precisam de simulações multidimensionais.

p "Para fazer simulações 3-D de supernovas superluminosas movidas a magnetar, você precisa de muito poder de supercomputação e do código certo, aquele que captura a microfísica relevante, "disse Ken Chen, autor principal do artigo e astrofísico do Instituto Sinica de Astronomia e Astrofísica da Academia (ASIAA), Taiwan.

p Ele acrescenta que a simulação numérica necessária para capturar as instabilidades de fluido desses eventos superluminosos em 3-D é muito complexa e requer muito poder de computação, é por isso que ninguém fez isso antes.

p Instabilidades de fluido ocorrem ao nosso redor. Por exemplo, se você tiver um copo de água e colocar um pouco de tinta por cima, a tensão superficial da água se tornará instável e o corante mais pesado afundará. Porque dois fluidos estão passando um pelo outro, a física dessa instabilidade não pode ser capturada em uma dimensão. Você precisa de uma segunda ou terceira dimensão, perpendicular à altura para ver toda a instabilidade. Na escala cósmica, instabilidades de fluidos que levam à turbulência e mistura desempenham um papel crítico na formação de objetos cósmicos como galáxias, estrelas, e supernovas.

p "Você precisa capturar a física em uma variedade de escalas, de muito grande a muito pequeno, em resolução extremamente alta para modelar com precisão objetos astrofísicos como supernovas superluminosas. Isso representa um desafio técnico para os astrofísicos. Conseguimos superar esse problema com um novo esquema numérico e vários milhões de horas de supercomputação no NERSC, "disse Chen.

p Para este trabalho, os pesquisadores modelaram um remanescente de supernova de aproximadamente 15 bilhões de quilômetros de largura com um denso magnetar de 10 quilômetros de largura dentro. Neste sistema, as simulações mostram que as instabilidades hidrodinâmicas se formam em duas escalas no material remanescente. Uma instabilidade está na bolha quente energizada pelo magnetar e a outra ocorre quando o choque frontal da jovem supernova se choca contra o gás ambiente.

p "Ambas as instabilidades de fluido causam mais mistura do que normalmente ocorreria em um evento típico de supernova, que tem consequências significativas para as curvas de luz e espectros de supernovas superluminosas. Nada disso teria sido capturado em um modelo unidimensional, "disse Chen.

p Eles também descobriram que o magnetar pode acelerar os elementos de cálcio e silício que foram ejetados da jovem supernova a velocidades de 12, 000 quilômetros por segundo, que explicam suas linhas de emissão ampliadas em observações espectrais. E que mesmo a energia de magnetares fracos pode acelerar elementos do grupo do ferro, que estão localizados nas profundezas do remanescente da supernova, a 5, 000 a 7, 000 quilômetros por segundo, o que explica por que o ferro é observado no início de eventos de supernovas de colapso do núcleo como SN 1987A. Este é um mistério antigo na astrofísica.

p "Fomos os primeiros a modelar com precisão um sistema de supernova superluminosa em 3-D porque tivemos a sorte de ter acesso a supercomputadores NERSC, "disse Chen." Esta instalação é um lugar extremamente conveniente para fazer ciência de ponta. "