Uma nova simulação revela um estágio inteiro da vida de uma estrela

A fusão nuclear está no centro da evolução estelar. A maior parte da vida de uma estrela é uma batalha entre a gravidade e a energia nuclear. Embora entendamos esse processo em larga escala, muitos dos detalhes ainda nos escapam.

Não podemos mergulhar em uma estrela para ver sua fornalha nuclear, então contamos com simulações de computador complexas. Um estudo recente deu um grande passo ao modelar todo o ciclo de fusão de um único elemento.

A estrutura interior do nosso Sol. Crédito: Kelvin Ma, via Wikipedia 

Embora as estrelas comecem suas vidas fundindo hidrogênio em hélio, nos estágios posteriores de suas vidas elas começarão a fundir elementos mais pesados ​​à medida que o hidrogênio se esgotar. Perto do fim de suas vidas, estrelas massivas fundirão hélio em carbono, carbono em neon, neon em oxigênio e subirão na tabela periódica em uma tentativa desesperada de evitar o colapso gravitacional. Embora diferentes cadeias de fusão possam ocorrer em diferentes camadas da estrela, é um processo complexo que envolve fluxos turbulentos, troca de calor e mistura.

Existem vários modelos de simulação desse processo que simplificam as coisas modelando uma única fatia de uma estrela. Essas simulações unidimensionais são poderosas, mas carecem da simulação de volume de estrelas reais. Este novo trabalho fez uma simulação tridimensional de um único elo na cadeia de fusão, especificamente o ciclo de queima de neon de uma estrela de 20 massas solares.

Para definir as condições iniciais de sua simulação, a equipe usou o que é conhecido como modelo 1D guiado por 321D. Essencialmente, eles usaram equações hidrodinâmicas para projetar um modelo 3D para uma simulação 1D. Eles poderiam então rodar esta simulação desde a formação inicial da estrela desde seu colapso inicial até o ponto onde a queima de neon começa a decolar.

 Simulação da camada de fusão de neon. Crédito: Rizzuti, e outros

Com isso como condição inicial, eles fizeram uma simulação 3D completa da fase de queima do neon desde o início até o ponto de esgotamento do neon.

Uma das coisas que eles descobriram foi que a fusão na camada de neon é extremamente eficiente. A fusão do néon é rápida e, sem a mistura, esgotaria bolsões do interior da estrela, criando zonas nucleares mortas. A simulação mostra que a mistura hidrodinâmica é suficiente para garantir uma taxa de fusão constante.

Outra descoberta foi que o tamanho das zonas de convecção dentro de uma camada de fusão afeta significativamente sua estrutura e evolução. Isso não foi visto em simulações 1D e pode mudar nossa compreensão da expectativa de vida de estrelas de grande massa.

Este trabalho não captura a estrutura geral e a evolução do interior de uma estrela, mas é um importante passo à frente. Com um modelo totalmente 3D de uma única camada de fusão, os pesquisadores podem modelar outras camadas e, eventualmente, combinar simulações em um modelo 3D coerente de toda a cadeia de fusão. Isso nos ajudará a entender não apenas estrelas massivas, mas também estrelas como o nosso Sol.

Fonte: .Universetoday.com