Simulaciones matemáticas de estrellas de neutrones en proceso de fusión

El proyecto financiado por la Unión Europea EOSDNSM (Equation of state dependence of neutron star mergers) se creó para investigar estos sistemas de estrellas de neutrones en proceso de fusión mediante simulaciones matemáticas. En física, una ecuación de estado representa la relación matemática cierta entre las variables de estado más relevantes, como la presión y la densidad. Los estudios al respecto tienen dos objetivos fundamentales: conocer mejor la emisión de ondas gravitacionales procedente de estos procesos e investigar la función de las fusiones en la producción de elementos pesados en los procesos nucleares rápidos de captura de neutrones.

El equipo al cargo del proyecto simuló una gran cantidad de fusiones de estrellas de neutrones con múltiples ecuaciones de estado dependientes de la temperatura y con variaciones sistemáticas de las masas de los sistemas binarios. Analizó los espectros de ondas gravitacionales y derivó las relaciones empíricas de las distintas características mostradas por el espectro.

Se identificaron así los modos de oscilación y las características dinámicas del remanente de la fusión y posteriormente se relacionaron con la señal de onda gravitacional. Las señales de onda gravitacional simuladas se emplearon en análisis de datos de ondas gravitacionales a fin de estudiar su detectabilidad y tasa de detección esperada.

El corpus ampliado de simulaciones de fusión confirmó una relación estrecha descubierta con anterioridad entre la frecuencia de oscilación de la onda gravitacional dominante y el radio de la estrella de neutrones. La precisión de esta ecuación es fundamental para deducir el radio de la estrella de neutrones a partir de observaciones de ondas gravitacionales. Los resultados del proyecto facilitarán así una medición precisa del radio de las estrellas de neutrones. El ámbito de la física de materia de alta densidad también se beneficiará del conocimiento que supone determinar la masa máxima de las estrellas de neutrones, un logro adicional del proyecto.

Los resultados de EOSDNSM ofrecen información sobre los mecanismos más intensos de un sistema binario y su ecuación de estado. De esta forma es posible proponer un método de clasificación de las dinámicas postfusión y de la emisión de ondas gravitacionales.

El trabajo realizado ampliará el conocimiento que se posee sobre las reacciones nucleares en las uniones de estrellas y los modelos nucleares teóricos subyacentes. La formulación de una ecuación clara de la dependencia de estado con respecto a las propiedades de las nubes de plasma reviste importancia para los modelos de evolución química y para interpretar nuevas observaciones de objetos electromagnéticos.