Estudio de los efectos de la rotación en modelos hidrodinámicos de acreción sobre estrellas compactas
11/07/2023
David Martin Rodriguez defendió su tesis dirigida por Jordi José el 7 de julio de 2023 en el Campus Diagonal-Besòs. Titulada “Hydrodynamic Models of Accretion onto Rotating Compact Stars”, la tesis se centra en investigar los efectos de la rotación y las inestabilidades provocadas por ésta (circulación meridional y turbulencias debidas a la rotación diferencial) en las erupciones de rayos X de tipo I ( o type I X-Ray Bursts), que tienen lugar en la superficie de estrellas de neutrones en acreción. En particular, el estudio se centra en el estudio de las propiedades observables (curvas de luz, períodos de recurrencia y nucleosíntesis) de estas erupciones
Los modelos hidrodinámicos son esenciales para nuestra comprensión de la física de las explosiones estelares, y concretamente, para determinar su potencial contribución a las abundancias químicas galácticas.
En este trabajo, un código hidrodinámico unidimensional (en simetría esférica), en formulación lagrangiana (código SHIVA), construido originalmente para modelar explosiones de Novas clásicas (José y Hernanz 1998; Jose 2016), se ha mejorado computacionalmente, con su paralelización (Martin, Jose y Longland 2018), y físicamente con la adición de la rotación. Estas mejoras nos permiten presentar los primeros modelos de explosiones de rayos X que incluyen acreción, convección, nucleosíntesis y rotación de forma simultánea.
La rotación se implementa tradicionalmente en códigos 1D adoptando tres hipótesis: 1) Rotación 'shellular' (velocidad angular y composición química constante en una isobara); 2) Aproximación de Roche (es decir, la masa está concentrada centralmente); y 3) Volúmenes equivalentes (el elipsoide en rotación se aproxima mediante una esfera del mismo volumen). Las inestabilidades inducidas por la rotación son tratadas mediante la ecuación de transporte del momento angular por circulación meridional, difusividad horizontal turbulenta y gradientes del peso molecular medio. Esta ecuación se ha ampliado para tener en cuenta también la expansión y contracción en modelos no estacionarios.
En esta tesis doctoral, investigamos los efectos de la rotación sobre las propiedades de las fuentes eruptivas de rayos-X. Nuestros cálculos confirman el efecto de lifting causado por la rotación, así como la expansión de la fotosfera con el aumento de la velocidad angular. Además, la rotación también surte efecto en varias propiedades observables de los X-ray bursts: las curvas de luz y la nucleosíntesis asociada. Modelos con mayores velocidades de rotación dan lugar a curvas de luz de mayor duración, con formas significativamente diferentes. La rotación también reduce tiempos de recurrencia entre erupciones. Respecto a la nucleosíntesis producida en X-ray bursts de tipo I, todos los modelos estudiados muestran un patrón de abundancias químicas similar, después de cada erupción, dominado por la presencia de elementos de masa intermedia (es decir, 32S, 60Ni, 64Zn). La diferencia más notable es la cantidad de combustible no quemado (1H y 4He) después de la secuencia de explosiones, que depende de la velocidad de rotación específica adoptada.
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