p Avistamentos de uma raça rara de supernovas superluminosas - explosões estelares que brilham de 10 a 100 vezes mais do que o normal - estão deixando os astrônomos perplexos. Identificado pela primeira vez apenas na última década, os cientistas estão confusos com o brilho extraordinário desses eventos e seus mecanismos de explosão. p Para entender melhor as condições físicas que criam supernovas superluminosas, astrofísicos estão executando simulações bidimensionais (2D) desses eventos usando supercomputadores do Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC) do Departamento de Energia e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) desenvolvido código CASTRO.

p "Esta é a primeira vez que alguém simula supernovas superluminosas em 2D; estudos anteriores apenas modelaram esses eventos em 1D, "diz Ken Chen, astrofísica do Observatório Astronômico Nacional do Japão. "Ao modelar a estrela em 2D, podemos capturar informações detalhadas sobre a instabilidade do fluido e a mistura que você não obtém nas simulações 1D. Esses detalhes são importantes para descrever com precisão os mecanismos que fazem com que o evento seja superluminoso e explicar suas assinaturas de observação correspondentes, como como curvas de luz e espectros. "

p Chen é o principal autor de um Astrophysical Journal artigo publicado em dezembro de 2016. Ele observa que uma das principais teorias da astronomia postula que as supernovas superluminosas são alimentadas por estrelas de nêutrons altamente magnetizadas, chamados magnetares.

p Como uma estrela vive e morre depende de sua massa - quanto mais massiva uma estrela, quanto mais gravidade ele exerce. Todas as estrelas começam suas vidas fundindo hidrogênio em hélio; a energia liberada por esse processo sustenta a estrela contra o peso esmagador de sua gravidade. Se uma estrela for particularmente massiva, ela continuará a fundir o hélio em elementos mais pesados, como oxigênio e carbono, e assim por diante, até que seu núcleo se transforme em níquel e ferro. Nesse ponto, a fusão não libera mais energia e a pressão de degeneração de elétrons entra em ação e apóia a estrela contra o colapso gravitacional. Quando o núcleo da estrela excede sua massa Chandrasekhar - aproximadamente 1,5 massas solares - a degeneração de elétrons não suporta mais a estrela. Neste ponto, o núcleo entra em colapso, produzindo neutrinos que explodem a estrela e criam uma supernova.

p Este colapso do núcleo de ferro ocorre com tal força extrema que quebra os átomos de níquel e ferro, deixando para trás uma mistura caótica de partículas carregadas. Nesse ambiente frenético, elétrons carregados negativamente são colocados em prótons carregados positivamente para criar nêutrons neutros. Como os nêutrons agora constituem a maior parte deste núcleo, é chamada de estrela de nêutrons. Um magnetar é essencialmente um tipo de estrela de nêutrons com um campo magnético extremamente poderoso.

p Além de ser incrivelmente denso - uma quantidade de material do tamanho de um cubo de açúcar de uma estrela de nêutrons pesaria mais de 1 bilhão de toneladas - ele também gira algumas centenas de vezes por segundo. A combinação desta rotação rápida, densidade e física complicada no núcleo criam alguns campos magnéticos extremos.

p O campo magnético pode tirar a energia rotacional de uma estrela de nêutrons e transformar essa energia em radiação energética. Alguns pesquisadores acreditam que essa radiação pode alimentar uma supernova superluminosa. Essas são precisamente as condições que Chen e seus colegas estão tentando entender com suas simulações.

p "Ao fazer uma simulação 2D mais realista de supernovas superluminosas alimentadas por magnetares, esperamos obter uma compreensão mais quantitativa sobre suas propriedades, "diz Chen." Até agora, os astrônomos identificaram menos de 10 desses eventos; conforme descobrirmos mais, poderemos ver se eles têm propriedades consistentes. Se eles o fizerem e nós entendermos o porquê, poderemos usá-los como velas padrão para medir distâncias no Universo. "

p Ele também observa que, como estrelas tão massivas podem se formar facilmente no início do cosmos, eles poderiam fornecer alguns insights sobre as condições do Universo distante.

p "Para fazer simulações multidimensionais de supernovas superluminosas, você precisa de supercomputadores (uma grande quantidade de capacidade de computação) e do código certo (incluindo microfísica relevante). Ele propõe um desafio numérico para tais simulações, então este evento nunca foi modelado em 2D antes, "diz Chen." Fomos os primeiros a fazê-lo porque tivemos a sorte de ter acesso aos recursos do NERSC e ao código CASTRO. "