A fusão nuclear está no cerne da evolução estelar, representando uma batalha constante entre a gravidade e o poder nuclear. Embora compreendamos esse processo em uma escala ampla, muitos detalhes ainda nos escapam, principalmente porque não podemos observar diretamente o forno nuclear de uma estrela. Assim, dependemos de simulações complexas de computador para estudar a fusão.
As estrelas começam suas vidas fundindo hidrogênio em hélio. À medida que o hidrogênio se esgota, nos estágios posteriores de suas vidas, elas começam a fundir elementos mais pesados. Estrelas massivas, perto do fim de suas vidas, fundem hélio em carbono, carbono em néon, néon em oxigênio, e assim por diante, numa tentativa desesperada de prevenir o colapso gravitacional. Esse processo é complexo e envolve fluxos turbulentos, troca de calor e mistura.
Modelos de simulação anteriores simplificaram esse processo, modelando apenas uma única fatia de uma estrela. Essas simulações unidimensionais, embora poderosas, careciam da simulação de volume das estrelas reais. Um novo trabalho fez uma simulação tridimensional de um único elo na cadeia de fusão, especificamente o ciclo de queima de néon de uma estrela de 20 massas solares.
Para estabelecer as condições iniciais de sua simulação, a equipe usou o que é conhecido como modelo 321D-guiado 1D. Essencialmente, eles usaram equações hidrodinâmicas para projetar um modelo 3D em uma simulação 1D. Eles então executaram essa simulação desde a formação inicial da estrela até o ponto em que a queima de néon começa a decolar. Com isso como sua condição inicial, eles fizeram uma simulação completa em 3D da fase de queima de néon desde o seu início até o ponto de esgotamento do néon.
Uma das descobertas foi que a fusão na camada de néon é extremamente eficiente. A fusão de néon é rápida e, sem mistura, esgotaria bolsões do interior da estrela, criando zonas mortas nucleares. A simulação mostrou 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 observado em simulações 1D e pode mudar nossa compreensão da expectativa de vida de estrelas de grande massa.
Este trabalho, embora não capture a estrutura e evolução geral do interior de uma estrela, é um passo importante. Com um modelo 3D completo de uma única camada de fusão, os pesquisadores podem modelar outras camadas e eventualmente combinar simulações em um modelo coerente em 3D de toda a cadeia de fusão. Isso nos ajudará a entender não apenas estrelas massivas, mas também estrelas como o nosso Sol.
A pesquisa representa um avanço significativo na simulação estelar, fornecendo insights sobre o complexo processo de fusão nuclear. A transição de modelagem 1D para 3D é um desenvolvimento chave, oferecendo uma representação mais realista das estrelas. A descoberta de zonas mortas nucleares e o papel da mistura hidrodinâmica são achados significativos, assim como o impacto das zonas de convecção.
O estudo contribui para o campo mais amplo da astrofísica e pode levar a novos métodos para estudar outros fenômenos celestes. A metodologia da equipe de pesquisa é uma contribuição inovadora, e as descobertas podem influenciar estudos futuros sobre a expectativa de vida das estrelas. A pesquisa pode ter implicações para a compreensão de outros processos de fusão, e o desenvolvimento de um modelo coerente em 3D é uma meta futura.
Em suma, o trabalho é um passo em direção a uma compreensão mais completa das estrelas, adicionando ao corpo de conhecimento sobre a evolução estelar. Pode influenciar abordagens educacionais para o ensino da astrofísica e representa um esforço colaborativo na comunidade científica. A pesquisa pode levar a estudos adicionais sobre outros elementos na cadeia de fusão, enriquecendo nossa compreensão do universo.
Fonte:
https://www.universetoday.com/162819/a-new-simulation-reveals-one-entire-stage-of-a-stars-life/
