•Notícia

Una de les activitats de recerca del Grup d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya –constituït per professors dels departaments de Física Aplicada i Física i Enginyeria Nuclear– és l’estudi de l’evolució de l’explosió d’estels Supernova del tipus I. L’equip d’investigadors ha desenvolupat recentment un programa original en tres dimensions (3D) per fer simulacions numèriques d’aquest tipus d’explosions.

A més de demostrar la validesa general del nou mètode numèric per tractar tant explosions de Supernova com col.lapses a estrelles de neutrons, la principal aportació dels investigadors Domingo Garcia, Eduardo Bravo i Núria Serichol, de la UPC, ha estat definir els principals trets que caracteritzen l’evolució de l’explosió utilitzant eines pròpies de l’anomenada Teoria del caos (autosimilitud –conjunt d’una complexa sèrie de circumstàncies que poden ser determinants per desencadenar una acción impredible–, dimensió fractal, multifractals).
 
L’explosió d’estels Supernova del tipus I es produeix amb una freqüència aproximada d’una explosió per Galaxia cada 100 anys i representa un dels esdeveniments més violents de l’Univers. En el màxim de la seva lluminositat la potència radiada per l’objecte és equivalent a uns 100.000 milions d’estels normals i fa possible la seva detecció encara que l’explosió s’hagi produït molt lluny, prop dels confins de l’Univers accessible a l’observació.
 
Modelització de l'ona de deflagració termonuclear
 

Actualment, entre els teòrics hi ha un cert consens en relació a la seqüència general d’esdeveniments que condueixen a l’estel cap a la destrucció, tot i que les dades d’observació encara no permeten discernir quin dels models proposats és el més adient. Segons el model més vigent, l’estel amb una massa una mica superior a la del Sol però amb un tamany similar al de la Terra (una estrella nana blanca) experimenta una inestabilitat tèrmica a prop del centre com a conseqüència de la matèria que li envia l’altre estel del sistema. Aquesta inestabilitat es transforma en una ona de deflagració termonuclear que, ajudada per la turbulència generada per la mateixa deflagració, consumeix gairebé tot l’objecte en un segon provocant l’explosió.
 
Degut a l’important paper atribuït a la turbulència en el desenvolupament de l’explosió el fenòmen no es pot modelitzar correctament en una dimensió suposant simetria esfèrica. De fet, l’ascens dels enormes núvols termonuclears que transporten l’explosió des del centre a la superfície ha de ser modelitzat en 3D. Aquest tipus de simulació multidimensional no era factible fins fa quatre o cinc anys atesa la complexitat dels càlculs que involucra. Recentment, l’equip de la UPC ha desenvolupat un mètode numèric (codi hidrodinàmic) original en 3D que incorpora tota la física necessària i amb el qual s’ha començat a fer simulacions numèriques d’explosions de Supernoves del tipus I.
 
L’algorisme desenvolupat, que utilitza un nou esquema de càlcul més senzill que altres models construïts fins ara, aprofita els avantatges dels anomentas mètodes hidrodinàmics de partícules, molt utiltizats per estudiar el moviment de fluids que experimenten fortes distorsions a la seva forma. En aquest mètode es representa l’estel mitjançant un conjunt d’uns 100.000 punts que es mouen seguint les lleis de la hidrodinàmica. Les trajectòries dels punts sota l’efecte de la força gravitacional i les forces de pressió se segueixen individualment, així com la seva evolució tèrmica que té en compte l’energia nuclear injectada per les reaccions nuclears.
 
Próxima publicació al Astrophysical Journal

Una descripció detallada de la tècnica emprada i les principals conclusions de l’estudi es publiquen próximament a la revista nord-americana Astrophysical Journal. De l’estudi es desprén que la flama turbulenta termonuclear que provoca l’explosió neix amb una dimensió fractal baixa, propera a dos, i va augmentant la seva complexitat amb el temps, fins el punt en que –creuen els científics de la UPC– la deflagració transiciona a una detonació.
 
Actualment, l’equip de la UPC, que treballen amb la col·laboració d’investigadors de la Universitat de California a Santa Cruz, realitza simulacions d’explosions tant amb models híbrids deflagració-detonació com amb models purament deflagratius o purament de detonació, i obtenen tot un seguit de paràmetres (velocitat d’expansió del material, elements químics sintetitzats, corva de llum, etc.) contrastables amb les observacions tradicionals.