Estudio de un blanco experimental aplicado a astrofísica de laboratorio

En los últimos años ha ido cobrando protagonismo una rama de la física denominada física de alta densidad de energía. El alcance y repercusión de este área de investigación está incrementándose gracias al desarrollo de los dispositivos láser y otras herramientas. Estos progresos han permitido reproducir condiciones extremas que tienen lugar en objetos astronómicos. De forma que un sistema a escala de laboratorio pueda servir como modelo para describir un fenómeno astrofísico. El presente trabajo desarrolla un estudio de un blanco experimental para poder analizar un fenómeno que ocurre en la etapa final de la evolución de algunas estrellas, la formación de discos de acrecimiento a su alrededor, constituidos de materia captada de otro cuerpo celeste. Para el diseño del modelo que represente el fenómeno antes descrito, se ha tomado como base un artículo científico que evalúa diferentes blancos, con el fin de determinar cual representa con mayor precisión el comportamiento y evolución de los discos de acrecimiento. Para este proyecto se ha seleccionado el diseño considerado más adecuado al final del análisis de dicho artículo. La simulación consiste básicamente en generar un flujo de plasma que choque con un obstáculo, imitando el material procedente de los discos que cae en la superficie de la estrella. El flujo de plasma se consigue a través de la interacción de un láser con la materia. Se generará una onda de choque que transformará la materia a un estado de plasma. Este se expandirá hasta topar con un obstáculo que simule ser la superficie de la estrella. Se realizan simulaciones del blanco utilizando el código de simulación ARWEN desarrollado por el Instituto de Fusión Nuclear. El código ARWEN resuelve el modelo de ecuaciones que describe el comportamiento de un plasma, mediante la discretización del sistema objeto de estudio, dividiendo el sistema en celdas y resolviendo las ecuaciones para cada una de ellas. Se usa un esquema de resolución con malla adaptativa que genera un mallado diferente según la precisión requerida en cada zona. Se ha llevado a cabo un análisis de la influencia de la energía del láser, el máximo nivel de resolución utilizado en el mallado y la consideración de la radiación, en la evolución del sistema. Las combinaciones de las variaciones de los parámetros antes descritos se resumen en doce simulaciones realizadas, en las que concretamente se evalúa la dependencia de la onda de choque generada con dichos parámetros. Para ello se ha detectado la posición de la onda en cada instante para cada simulación, y se ha calculado la velocidad de esta en las diferentes regiones del sistema. Una vez conocidas las velocidades se ha observado la variación de estas con los parámetros. Como consecuencia de la evaluación exhaustiva de las velocidades de la onda de choque en cada región del blanco, se ha podido determinar un método de predicción de la velocidad de la onda de choque en función de la energía del láser. Así se puede conocer a priori la energía necesaria para que se genere una onda de choque con una velocidad determinada en una región del sistema. Fruto de estos análisis también ha podido determinarse la independencia de la evolución del sistema con la radiación, lo que simplificaría futuros estudios al poder despreciar esta y obtener los mismos resultados. Asimismo, han podido compararse diferentes estimaciones de las velocidades de las ondas de choque, concluyéndose que la velocidad de la onda no es constante en una misma región. Por último, se ha podido suponer la resolución mínima necesaria que debería aplicarse para la correcta definición de las simulaciones. En resumen, mediante la simulación de un blanco ha podido representarse el comportamiento de los discos de acrecimiento situados en torno a las estrellas, pudiendo realizarse un profundo estudio de las ondas de choque generadas