¿Qué es una supernova o por qué explotan las estrellas, creando el universo como lo conocemos?

cabeza de supernova

Hay varias formas en que una estrella muere, pero en general la gente tiende a pensar que las estrellas se apagan con una explosión.



El término 'supernova' se refiere a las explosiones increíblemente energéticas que se producen cuando ciertas estrellas alcanzan determinados puntos de sus ciclos de vida. Las supernovas a menudo pueden eclipsar brevemente a galaxias enteras de miles de millones de estrellas y causar una destrucción total en cualquier cosa que tenga la mala suerte de estar a unos cien años luz del evento. Pero las supernovas no son solo eventos naturales increíbles, también son el tipo de evento más importante para el desarrollo de la materia compleja y, por extensión, la vida.

Esta imagen compuesta muestra la búsqueda de la supernova, apodada Refsdal, utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA. La imagen de la izquierda muestra una parte de la observación de campo profundo del cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 2223 del programa Frontier Fields. El círculo indica la posición prevista de la aparición más reciente de la supernova. En la parte inferior derecha se ve el evento de la cruz de Einstein de finales de 2014. La imagen de la parte superior derecha muestra las observaciones del Hubble de octubre de 2015, tomadas al comienzo del programa de observación para detectar la aparición más reciente de la supernova. La imagen de la parte inferior derecha muestra el descubrimiento de Refsdal Supernova el 11 de diciembre de 2015, según lo predicho por varios modelos diferentes.

Esta imagen compuesta muestra la búsqueda de la supernova, apodada Refsdal, utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA. La imagen de la izquierda muestra una parte de la observación de campo profundo del cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 2223 del programa Frontier Fields. El círculo indica la posición prevista de la aparición más reciente de la supernova. En la parte inferior derecha se ve el evento de la cruz de Einstein de finales de 2014. La imagen de la parte superior derecha muestra las observaciones del Hubble de octubre de 2015, tomadas al comienzo del programa de observación para detectar la aparición más reciente de la supernova. La imagen de la parte inferior derecha muestra el descubrimiento de Refsdal Supernova el 11 de diciembre de 2015, según lo predicho por varios modelos diferentes.



Concepción de los artistas de las primeras estrellas. Crédito de la imagen: Wikipedia

Concepción de los artistas de las primeras estrellas. Crédito de la imagen: Wikipedia

Primero, por qué ocurren las supernovas. Esencialmente, cuando se acumula suficiente gas en un solo lugar, comienza a tener suficiente masa para ejercer una cantidad significativa de energía gravitacional, enfocada más poderosamente en el centro de la creciente nube en forma de esfera. Cuando esta presión aumenta más allá de cierto punto, los átomos de hidrógeno en el centro de la esfera comienzan a fusionarse, lo que enciende la bola de gas en una estrella, ¡genial! Pero en todo momento, a medida que la estrella continúa viva y ardiendo, y probablemente adquiera nueva materia a medida que avanza, existe una interacción entre la presión hacia afuera de la reacción térmica y la presión hacia adentro de la propia gravedad de la estrella.

A medida que la estrella se quema durante miles de millones de años, esa presión hacia afuera se debilita, mientras que la magnitud de la fuerza gravitacional permanece prácticamente igual. Entonces, a medida que una estrella pequeña o mediana se enfría, su potencial gravitacional llega a dominar, pero como es una estrella bastante pequeña, ese potencial es demasiado débil para hacer algo más que seguir manteniendo unida a la estrella. Esta estrella enfriada de forma segura se llama enana blanca. El umbral de masa por debajo del cual una estrella no creará suficiente fuerza gravitacional para causar una supernova se llama Límite de Chandrasekhar, que se encuentra en aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol. Si eres más pequeño que eso, puedes esperar una salida estelar relativamente tranquila.

supernova 5

Las supernovas son tan brillantes que brillan incluso con el telón de fondo de las galaxias.



Sin embargo, no debemos perder la esperanza de que una enana blanca pueda terminar su vida con algunos fuegos artificiales. Después de todo, las enanas blancas siguen siendo estrellas y, en principio, pueden volver a encenderse. Esto puede suceder de dos formas. O puede adquirir suficiente masa para crear un absurdo presión en el núcleo y fusiona el carbono (a diferencia del hidrógeno y el helio), lo que provoca una reacción de fusión descontrolada que hace que la estrella explote.

Por otro lado, si el núcleo de la enana blanca está hecho principalmente de neón, como lo están algunos, entonces sufrirá un colapso similar al que encendió la estrella en primer lugar. Este súper colapso también resulta en una explosión estelar, pero esta vez deja atrás una estrella de neutrones. Esto casi siempre ocurre en sistemas binarios como este. sistema de estrella gemela, en el que una estrella se acerca lentamente al límite de Chandrasekhar succionando materia de su socio. Dado que los astrónomos actualmente no tienen forma de ver qué hay en el núcleo de la estrella en crecimiento, no saben cuál de los dos caminos seguirá una vez que pase ese límite.

Esta imagen del remanente de la supernova Tycho contiene evidencia de una colisión de dos estrellas.

Esta imagen del remanente de la supernova Tycho contiene evidencia de una colisión de dos estrellas.

Entonces, eso es lo que sucede cuando un enano blanco pasa el límite de Chandrasekhar, pero las enanas blancas ya se consideran en gran parte estrellas muertas. Estrellas más grandes que 1.4 soles mientras aún están vivas (y pueden obtener mucho, mucho más grande que eso) tienen diferentes ciclos de vida. Una estrella gigante roja se quemará lentamente y, por lo tanto, la gravedad llegará a dominar como antes, pero esta vez, esa gravedad es lo suficientemente fuerte como para que si no se compensa con la fusión, lata crear el colapso del núcleo y desencadenar una supernova. Estrellas por encima de 1,4 masas solares pero abajo unas tres masas solares tienden a colapsar para formar estrellas de neutrones, muy parecido al colapso del núcleo de una enana blanca, visto arriba.



Las estrellas más pesadas que aproximadamente tres de nuestro sol también colapsan, pero en realidad sigue adelante y puede formar un agujero negro. Este es el resultado más famoso de la muerte de una estrella, pero en realidad solo ocurre en una pequeña minoría de estrellas. Los agujeros negros son bastante numerosos en el universo (se cree que hay un agujero negro supermasivo en el centro de cada galaxia importante, por ejemplo), pero aún son mucho menos comunes que otros tipos de remanente estelar.

Artista

Impresión artística de un sistema estelar binario. (Crédito: NASA)

Hay otras formas menos comunes de que comience una supernova. Por ejemplo, mientras que la mayoría de las enanas blancas que adquieren nueva masa lo hacen lentamente, avanzando lentamente hacia el límite de Chandrasekhar antes de explotar al pasar, algunas otras estrellas adquirirán una tu de masa a la vez (como por una colisión estelar directa) y en forma de cohete, camino más allá de ese límite antes de que realmente hayan tenido la oportunidad de comenzar a colapsar. Estos tipos pueden variar ampliamente en términos de su emisión de radiación, y los científicos están interesados ​​en sus mecanismos e implicaciones caóticos y poco entendidos.

supernova 2Las supernovas de varios tipos en realidad tienen algunas aplicaciones bastante útiles en el mundo real, al menos para los astrónomos. En particular, las supernovas de Tipo Ia (el tipo de enana blanca experimenta una fusión de carbono desde arriba) parecen enviar señales uniformes, una y otra vez. Esto ha llevado a que se les denomine las 'velas estándar' de la astronomía, ya que su uniformidad puede hacerlas útiles como varas de medir ópticas. Sin embargo, investigaciones recientes parecen indicar que, si bien son útiles, pueden ser un poco menos confiables de lo que se creía anteriormente. Al menos, es probable que haya más variación en la forma en que proceden las supernovas de Tipo Ia de lo que se creía anteriormente.



Sin embargo, dije que las supernovas son los eventos mas importantes a la materia compleja, no solo a que sean grandes, interesantes y útiles. Bueno, notará que en la explicación anterior, hablamos sobre la ignición por fusión del carbono. El carbono es el metal más pesado (el neón es más pesado, pero no un metal) creado por las estrellas en su estado normal. Es decir, si desea elementos más pesados ​​como sodio, plomo, oro o uranio, necesitará más energía del que puede proporcionar una pequeña estrella gigante roja. ¿Y qué tiene más energía que una estrella? Una estrella moribunda.

Prácticamente todo con lo que interactúas fue, en un momento dado, arrojado por una estrella en sus momentos finales. La Tierra es una colección rocosa de desechos arrojados por las supernovas, al igual que los cometas, los asteroides y todo lo demás compuesto de materia pesada. Y nosotros, al estar hechos de la materia que se acumuló en la Tierra, también estamos hechos de metralla de supernova. Es por eso que Carl Sagan dijo que somos estrellas, porque, de una manera muy real, lo somos.

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