Modelado numérico de flujos astrofísicos

• Autores: Vigh, Carlos Donato
• Año de publicación: 2010
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Gómez, Daniel Osvaldo; Velázquez, Pablo Fabián
• Materia: ASTROFISICA; SIMULACIONES NUMERICAS; SUPERNOVAS; DINAMICA DE FLUIDOS; MEDIO INTERESTELAR; HIDRODINAMICA; ASTROPHYSICS; NUMERICAL SIMULATIONS; SUPERNOVAE; FLUID DYNAMICS; INTERSTELLAR MEDIUM; HYDRODYNAMICS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los flujos astrofísicos juegan un rol esencial en muchos de los fenómenos observados en el Universo. Para una comprensión detallada de estos fenómenos, es necesario combinar adecuadamente los enfoques observacional y teórico. En este contexto, el modelado numérico aparece como una herramienta muy poderosa y complementaria entre las dos primeras. En esta tesis, se estudió la dinámica asociada a la explosión de supernovas y de sus remanentes. En particular, se llevó a cabo un estudio de la dinámica de remanentes de supernova jóvenes desde un punto de vista hidrodinámico. Más específicamente, se analizaron posibles causas de asimetría en estas explosiones y en las primeras fases de evolución de sus remanentes. En condiciones ideales, se espera que la evolución inicial de un remanente de supernova sea un proceso esféricamente simétrico. Sin embargo, muchos remanentes jóvenes muestran diversas asimetrías que no pueden ser explicadas por ejemplo, en términos de inhomogeneidades del medio interestelar. En este contexto, se propuso investigar posibles causas alternativas de ruptura de la isotropía las cuales han sido divididas para su mejor estudio en causas cinemáticas y dinámicas. En el estudio general de causas de asimetría en remanentes jóvenes se consideraron la presencia de obstáculos, gradientes de densidad en el medio interestelar y el movimiento propio de las estrellas progenitoras. Se tomaron como casos testigos los llamados remanentes históricoso de Kepler y Tycho. En el caso particular del remanente de Kepler, se encontró que la causa principal de asimetría se debió al movimiento propio que el progenitor poseé respecto al medio circundante. Se supuso que la progenitora se trataba de una estrella evolucionada, con un viento denso y lento. Debido al alto movimiento propio de la progenitora, la burbuja generada por la acción de este viento adquiere la forma de un choque a proa. Cuando la estrella explota como supernova, su remanente evoluciona en este medio perturbado, el que tiene una fuerte asimetría en su distribución de densidad. De acuerdo a los resultados obtenidos, la colisión entre el choque principal del remanente y la estructura cometaria producida por el viento de la progenitora, puede explicar las características morfológicas y distribución de brillo que este objeto exhibe en imágenes en radio y rayos X. En el caso particular del remanente de Tycho, se encontró que la causa principal de asimetría se debió a que en el momento de la explosión incorporó material de las capas externas de la atmósfera de su estrella compañera. Este exceso de masa, que está en el rango de 0.3 y 0.6 masas solares ocasiona una evolución más lenta que la región donde no la incorporó ́dando así lugar a un frente de choque que puede describirse aproximadamente como dos semi-esferas de distinto radio. Dentro del margen de error y suponiendo una distancia de 3 kpc, se observa un buen grado de coincidencia morfológica. Además, los mapas sintéticos en rayos X son cualitativamente similares a lo observado por distintos instrumentos. Estos resultados son tendientes a un escenario de una supernova tipo Ia, aportando evidencia sobre el origen de Tycho y de su posible compañera.
Astrophysical flows play an esential role in many observed phenomena in the Universe. For a detailed understanding of these phenomena, it is important to combine observational and theoretical viewpoints. In this context, the numerical modelling is a powerful tool which complements the aforementioned points of view. In the present thesis, we study the dynamic evolution associated to supernova explosions and their corresponding supernova remnants. In particular, we carried out a dynamical study of young supernova remnants within the framework of hydrodynamics. More specifically, we analyzed possible source of asymmetry in these explosions and during the first stages of evolution of their remnants. Under ideal conditions, the initial stages of a supernova remnant are expected to be spherically symmetric. However, many of the observed young supernova remnants show different types of asymmetries which cannot be explained in terms of inhomogeneities of the interstellar medium. In this context, we decided to address the study of possible causes of departure from isotropy which, to organize our analysis, we separated into kinematic and dynamic causes. For a general overview of causes of asymmetry in young supernova remnants, we considered the presence of obstacles, density gradients in the interstellar medium and the proper motions of the progenitor starts. For the particular case of Kepler’s supernova remnant, we found that the main cause of asymmetry is the proper motion of the progenitor star with respect of the surrounding interstellar medium. We assumed the progenitor to be an evolved star with a dense and slow stellar wind. Because of the fast proper motion of the progenitor, the expanding bubble generated by this wind adopts the form of a bow shock. When the star explodes as a supernova, its remnant evolves in this highly perturbed environment, with a strong asymmetry in its density distribution. According to the results obtained in our numerical simulations, the impact of the main shock on the pre-existing cometary structure gene- rated by the stellar wind, can explain the overall morphology as well as the emissivity observed in radio and X-ray images. For the particular case of Tycho’s supernova remnant, we found that the main cause of asymmetry is due to the interaction between the explosion and the atmosphere of a companion star. The outer layers of the companion are swept by the expanding shock, thus producing an excess of mass on one of its sides and breaking the isotropy. Mass excesses within 0.3 and 0.6 solar masses can cause a slower expansion in the heavier side, giving rise to an expanding shock that can be approximately described by two semi-spheres with different radii. Assuming a distance of 3 kpc, our simulations show a good morphological resemblance with the observed images. Moreover, our synthetic X-ray maps are qualitatively similar to those observed with different instruments. Our results support the scenario of a type Ia supernova, and providing valuable evidence on the origin of Tycho and its possible companion.
Fil: Vigh, Carlos Donato. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.