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Codice numerico per le stelle di neutroni magnetizzate

Gli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato una serie di strumenti per studiare la fisica dei campi magnetici nelle stelle di neutroni e comprendere il ruolo dei campi in forti condizioni di gravità.
Codice numerico per le stelle di neutroni magnetizzate
Si pensa che i campi magnetici forti alimentino molti fenomeni ad alta energia, come per esempio lampi di raggi gamma, getti provenienti da nuclei galattici attivi e altri oggetti compatti. Nel caso in cui tali campi fossero centinaia di trilioni di volte più forti rispetto al campo magnetico della Terra, negli anni ‘60 non sarebbe stato possibile rilevare le stelle di neutroni.

Il progetto NSMAG (Magnetic fields in neutron stars via numerical simulations), finanziato dall’UE, è stato concepito per chiarire il ruolo dei campi magnetici nelle stelle di neutroni. Questi sono nuclei densi residui di stelle massicce che si consumano dopo circa un milione di anni e terminano la loro vita con l’esplosione di una supernova.

Gli scienziati hanno sviluppato un codice XNS per modellizzare le stelle di neutroni che ruotano in modo differenziale e i campi magnetici toroidali, poloidali o caratterizzati da configurazioni miste. Questo codice numerico risolve simultaneamente le equazioni di Einstein che descrivono la metrica dello spazio-tempo e le equazioni relative all’equilibrio magnetoidrostatico, le quali forniscono la distribuzione della materia.

Le equazioni di Einstein vengono risolte utilizzando un’approssimazione nota come XCFC (extended conformally flat condition) per la metrica relativa alle coordinate sferiche. Questa strategia è stata scelta in quanto consente il loro inserimento in una forma numericamente stabile, dunque ne permette il disaccoppiamento in modo che possano essere risolte a livello gerarchico.

L’uso di armoniche sferiche ne assicura il corretto comportamento lungo l’asse, quindi la parità al centro e il corretto andamento asintotico alle altre distanze. Si ricercano le soluzioni in termini di armoniche sferiche. Gli scienziati hanno verificato che 20 armoniche sferiche sono sufficienti per ottenere risultati convergenti.

I risultati del codice XNS sono stati confrontati con altri codici, compreso il codice rotstar disponibile nella libreria LORENE (language objet pour la relativité numérique). Questa è stata una prova delle prestazioni del codice e della precisione relativa all’approssimazione XCFC.

Gli scienziati del progetto NSMAG hanno modellizzato le stelle rotanti e non rotanti con campi magnetici poloidali e toroidali, nel regime relativistico generale non lineare. I risultati del codice XNS sono stati coerenti con quelli ottenuti per i modelli estremamente magnetizzati di stelle con intensità di campo dell’ordine dei 10^13 °G.

Inoltre, sono stati ottenuti dei benefici di calcolo computazionale in quanto all’utilizzo dell’approssimazione XCFC. Tuttavia, il progetto NSMAG ha mirato a una soluzione accettabile a livello fisico rispetto a una più improntata alla correttezza matematica, realizzando passi significativi in questa direzione.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Codice numerico, stelle di neutroni, campi magnetici, NSMAG, codice XNS