Simulando la luz en eventos de novae rojas luminosas

Las novas rojas luminosas (LRNe) son un tipo especial de evento astronómico que ocurre cuando dos estrellas en un sistema binario se fusionan. Los detalles exactos de estos eventos, especialmente cómo se relacionan con un proceso conocido como evolución de envoltura común (CEE), todavía no se comprenden del todo. En este artículo, hablaremos de un nuevo modelo que simula la luz producida durante estos eventos y ofrece ideas sobre cómo puede ocurrir el proceso de fusión.

#La importancia de las novas rojas luminosas

Las LRNe son fascinantes porque nos cuentan sobre el comportamiento de las estrellas binarias, especialmente cuando chocan. Desde el descubrimiento de la primera LRN, conocida como V1309 Sco, se han observado muchos más de estos eventos. Los investigadores creen que al menos algunas de estas LRNe son el resultado de estrellas binarias que pasan por CEE. CEE es cuando una estrella en el par engulle a la otra en sus capas exteriores, llevando a interacciones complejas que eventualmente pueden resultar en una fusión.

Conectar lo que observamos en las LRNe y nuestros modelos teóricos de CEE puede ayudarnos a aprender más sobre la evolución de las estrellas en sistemas binarios. Esto incluye entender diferentes tipos de objetos astronómicos como variables cataclísmicas, binarias de rayos X, fuentes de ondas gravitacionales y supernovas de tipo Ia.

#Características de las novas rojas luminosas

Las LRNe normalmente muestran tres características importantes en sus Curvas de Luz, que son gráficos que muestran el brillo a lo largo del tiempo.

1. Mesetas extendidas: Las curvas de luz tienen secciones largas y planas. Esto indica que se ha expulsado una gran cantidad de material del objeto central. A medida que este material se expande hacia afuera, se enfría. Durante esta fase de enfriamiento, el gas de Hidrógeno y helio puede recombinarse, liberando energía y contribuyendo al brillo de la meseta.

2. Picos antes de las mesetas: Muchas LRNe muestran un pico brillante antes de la meseta. Modelar este pico puede ser complicado debido a su rápida subida y bajada en el brillo. Algunos investigadores han creado modelos para explicar el aumento gradual en el brillo que lleva a este pico, atribuyéndolo a una erupción.

3. Fuerte emisión de hidrógeno: Las LRNe a menudo muestran señales fuertes de hidrógeno, sugiriendo una colisión entre el material expulsado y la materia circundante.

Una idea común sobre el origen de las LRNe es que resultan de una estrella binaria pasando por CEE, lo que lleva a una expulsión de capas exteriores de una estrella.

#Retos actuales en la comprensión de las LRNe

Se han realizado muchas simulaciones para estudiar CEE, especialmente en tres dimensiones. Sin embargo, debido a la naturaleza complicada de la física involucrada y las diferentes escalas en juego, no hay acuerdo sobre cuánta masa se pierde durante este proceso. Incluso simulaciones que comienzan con las mismas condiciones pueden producir resultados muy diferentes.

Además, predecir cómo aparecerán estas simulaciones en observaciones es difícil. Muchos modelos existentes no incluyen el elemento crucial de la hidro-dinámica radiativa, que es importante para entender cómo se transfiere la energía en estos eventos. La mayoría de las veces, los investigadores simplifican el problema en una dimensión, que es más fácil de manejar pero puede pasar por alto la física clave.

Enfoques recientes que utilizan modelos más simples sin transporte de radiación han mostrado cierta promesa en imitar las curvas de luz de las LRNe, pero los modelos de primer principio que conectan CEE con LRNe aún son escasos.

#Un nuevo modelo para simular LRNe

En nuestro estudio, introducimos el primer modelo de hidro-dinámica radiativa que incluye la física compleja de la Recombinación de hidrógeno y helio, el transporte de energía y los efectos de la fuerza de radiación. Este modelo nos permite simular las curvas de luz producidas durante un evento de CEE.

#Descripción general del modelo

El modelo opera en un espacio unidimensional, haciendo algunas suposiciones para simplificar los cálculos. Las condiciones iniciales suponen que el material expulsado se está moviendo hacia afuera y a cierta velocidad. El modelo también tiene en cuenta la energía de la radiación y cómo se acopla con la dinámica del gas.

Usando técnicas avanzadas de simulación, podemos modelar el comportamiento del material expulsado a lo largo del tiempo y predecir cómo afectará las curvas de luz observadas.

#Condiciones iniciales y de frontera

El modelo comienza estableciendo condiciones iniciales donde el material se está moviendo hacia afuera. Suponemos que el material expulsado está a una temperatura que permite el equilibrio térmico local. La frontera exterior de la simulación está diseñada para permitir que el gas y la radiación escapen libremente, lo que imita lo que sucede en eventos astronómicos reales.

Al aplicar estas condiciones, podemos capturar con precisión las características clave de las curvas de luz de las LRNe.

#Resultados de la simulación

Para validar nuestro modelo, llevamos a cabo una serie de simulaciones. Los resultados nos ayudan a entender cómo se desarrollan las curvas de luz de las LRNe bajo diferentes condiciones.

#Modelos de eyección simples

Comenzamos con modelos de eyección simplificados, variando diferentes parámetros como masa y temperatura. Las curvas de luz producidas a partir de estos modelos muestran características distintas.

• Las curvas de luz exhiben picos rápidos seguidos de mesetas más largas, dependiendo de la masa del material expulsado y su velocidad.
• La eyección de mayor masa tiende a tener fases de meseta más largas, mientras que la eyección más ligera resulta en picos más agudos.

Esta relación destaca cómo la dinámica de la eyección afecta directamente las formas de las curvas de luz que observamos en las LRNe.

#Ajustando la curva de luz de AT2019zhd

Como estudio de caso, nos enfocamos en AT2019zhd, una LRN bien observada. Comparamos su curva de luz con nuestras predicciones del modelo. La masa del objeto central se estima basándose en observaciones y relaciones de escala existentes.

Nuestro modelo proporciona un ajuste razonable a la curva de luz de AT2019zhd, sugiriendo que la dinámica y los procesos de energía que hemos incluido pueden explicar adecuadamente el comportamiento observado.

#El papel de varios procesos físicos

En nuestras simulaciones, investigamos cómo diferentes procesos físicos contribuyen a las curvas de luz.

1. Fuerza de radiación: Encontramos que la fuerza de radiación afecta el movimiento hacia afuera de la eyección, especialmente cuando el material aún está caliente e ionizado. Esto puede ayudar a acelerar material que de otro modo caería de nuevo debido a la gravedad.

2. Energía de recombinación: La energía liberada cuando el hidrógeno y el helio se recombinan tiene un efecto significativo en la curva de luz, particularmente durante la fase de enfriamiento.

3. Formación de polvo: Si bien la formación de polvo es crucial en etapas posteriores, tiene un impacto limitado en las fases tempranas de pico y meseta de la curva de luz. Sin embargo, puede jugar un papel en moldear la eyección durante la etapa tardía.

#Limitaciones del modelo actual

Aunque nuestro modelo ofrece nuevos conocimientos, no está exento de limitaciones. Un desafío es que nuestras suposiciones sobre temperatura y composición pueden influir en los resultados. Además, diferentes condiciones iniciales pueden llevar a resultados variados en las simulaciones.

También notamos que los modelos de choque y sin choque producen curvas de luz similares, lo que complica nuestra comprensión. Identificar más diferencias observables podría ayudar a distinguir mejor estos escenarios.

#Conclusión

Nuestra investigación presenta un modelo de hidro-dinámica radiativa unidimensional que integra procesos físicos clave en la simulación de las curvas de luz de las LRNe. Al incluir la física de recombinación y el transporte de radiación, podemos conectar mejor los modelos teóricos de CEE con las características observables de las LRNe.

Encontramos que la forma en que las curvas de luz alcanzan sus picos y mesetas difiere significativamente según la física involucrada. Nuestros resultados contribuyen a la creciente comprensión de cómo se comportan las estrellas binarias durante las fusiones y las consecuencias de eventos tan dramáticos.

Estudios futuros, particularmente aquellos que incorporen modelos bidimensionales y datos de observación, mejorarán nuestra comprensión de las LRNe y los procesos que las impulsan.

En resumen, este modelo sirve como un puente entre la física teórica y los fenómenos observables de las novas rojas luminosas, ofreciendo un camino hacia una comprensión más profunda en el campo de la astrofísica.