Dettagli senza precedenti delle conseguenze di una collisione tra due stelle di neutroni rappresentati in un modello computerizzato 3D creato da un astrofisico dell'Università dell'Alberta forniscono una migliore comprensione di come alcuni degli elementi fondamentali dell'universo si formano nelle collisioni cosmiche.

"La collisione crea elementi pesanti tra cui oro e piombo, " ha detto Rodrigo Fernández, che ha lavorato con un team di ricerca internazionale utilizzando supercomputer presso il National Energy Research Scientific Computing Center degli Stati Uniti e i dati di una collisione rilevata dagli scienziati nell'agosto del 2017, la prima di tali collisioni mai osservata.

"Abbiamo anche visto per la prima volta un lampo di raggi gamma da due stelle di neutroni in collisione. C'è una grande quantità di scienza che esce da quella scoperta, " Ha aggiunto, incluso aiutare i ricercatori a calcolare la massa delle stelle di neutroni e persino a confermare la velocità con cui l'universo si sta espandendo.

Le stelle di neutroni sono le stelle più piccole e dense, impacchettando più massa del sole terrestre in un'area delle dimensioni di una città. Quando due di loro si scontrano, si fondono in un lampo di luce e detriti noto come kilonova, mentre il materiale esplode verso l'esterno.

Fino ad ora, le simulazioni al computer delle collisioni non sono state abbastanza sofisticate per spiegare dove finisce tutto quel materiale.

Per esempio, il nuovo modello 3D mostra che il disco di accrescimento, la raccolta di detriti rimanenti che orbita attorno alla stella combinata, espelle il doppio della quantità di materiale ea velocità più elevate rispetto ai precedenti modelli 2D.

"Anche se i nostri risultati non riconciliano completamente tutte le discrepanze, avvicinano i numeri, "Fernandez ha detto, aggiungendo che il suo modello fornisce una migliore comprensione di come gli elementi pesanti vengono creati ed espulsi nello spazio.

Modellando le conseguenze della collisione in modo così dettagliato, Fernández e il team sono stati anche in grado di spiegare un altro modo in cui la materia viene espulsa dalla collisione:su un jet astrofisico, uno stretto pennacchio di particelle e radiazioni è uscito quasi alla velocità della luce quando le stelle si scontrano. Si pensa anche che il getto sia la fonte del lampo di raggi gamma.

"Ci si aspettava che potessimo trovare dei jet, ma questa è la prima volta che siamo stati in grado di modellarlo in modo abbastanza dettagliato da vedere emergere questo effetto, " ha spiegato Fernández.

Modellare l'evento in 3D non è stato un compito facile, Ha aggiunto. Sebbene una collisione con una stella di neutroni avvenga in pochi millisecondi, il disco di accrescimento può durare per secondi. La sua formazione coinvolge anche la fisica complessa e molti processi fisici che accadono tutti in una volta, rendendo molto più difficile la simulazione per i computer.

"Tra i processi in atto, il principale colpevole è in realtà il campo magnetico che agisce sulla materia, " ha osservato Fernández. "Conosciamo le equazioni che descrivono quel processo, ma l'unico modo per descriverli correttamente è in 3-D. Così, non solo devi eseguire la simulazione per molto tempo, devi anche modellarlo in tre dimensioni, che è computazionalmente molto costoso.

"Gli aspetti tecnici della simulazione sono impressionanti da un punto di vista scientifico perché le interazioni sono così complesse".

Lo studio, "Simulazioni GRMHD a lungo termine di dischi di accrescimento con fusione di stelle di neutroni:implicazioni per le controparti elettromagnetiche, " è stato pubblicato in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .