El Universo (V): La Muerte de las Estrellas, Supernovas

En el anterior artículo dejamos en el aire una pregunta a la que daremos respuesta a continuación: ¿qué relación tienen las enanas blancas con las supernovas? Sin embargo, antes de contestar, es preferible mencionar algunos aspecto concretos de las supernovas.

Una supernova es una gran explosión cósmica que tiene lugar bajo determinadas circunstancias en una estrella en la que se emite gran cantidad de energía y materia a gran velocidad. Si se analiza el espectro de la radiación que emiten, se pueden clasificar en dos tipos: las supernovas de tipo II, que son aquellas en las que el espectro contiene líneas de emisión de hidrógeno, y las de tipo I en las que no aparecen. Trataremos primero estas últimas, que además nos servirán para responder a la pregunta que formulamos al principio.

Al contrario de lo que cabría pensar al contemplar nuestro Sistema Solar, la mayoría de las estrellas no son solitarias sino que forman sistemas binarios, es decir, parejas de estrellas orbitando alrededor de un centro de masas común. Normalmente cada una de las estrellas que forman el sistema tiene un ciclo vital independiente. Pongámonos en el caso en el que una de las estrellas fuera el tipo mencionado en el artículo anterior, osea, que no tuviera más de 9-10 masas solares. Imaginemos ahora que dicha estrella completara su secuencia principal, evolucionando posteriormente hacia una gigante roja y reduciéndose finalmente a una enana blanca compuesta principalmente por elementos pesados como el carbono o el oxígeno producto de la fusión del helio.

 

Sistema binario formado por una enana blanca y un gigante roja.

Aunque sigue realizando procesos de fusión en su núcleo, lo hace a un ritmo extremadamente lento, tanto que, teóricamente, la fuerza de la gravedad sería suficiente para hacer que colapsara. Lo que impide que esto ocurra tiene un nombre propio, y es la presión de degeneración de electrones. Por decirlo de alguna forma, a los electrones no les gusta estar juntos. Cuando la estrella se comprime lo suficiente, los electrones se empiezan a repeler entre sí, lo que se traduce en una presión que evita que la estrella colapse sobre sí misma.

Retomemos ahora el ejemplo anterior. Teníamos una enana blanca orbitando alrededor de una estrella que puede encontrarse en su secuencia principal o en la etapa de gigante roja. Si esta estrella está lo suficientemente cerca, se produce una acreción de materia desde ella hacia la enana blanca debida al intenso campo gravitatorio que genera esta última como consecuencia de su gran densidad. Conforme aumenta su masa, el interior se calienta a su vez, llegando un punto en el que la temperatura en el interior es suficiente para iniciar la fusión del carbono.

Una vez que se inicia este proceso, gran parte de las reservas de oxígeno y carbono se consumen en cuestión de segundos, produciéndose una potente deflagración que se extiende a lo largo de toda la estrella. La inmensa cantidad de energía generada crea una potente explosión, liberando ondas expansivas en las que se expulsa materia a grandes velocidades que alcanzan hasta un 3% de la velocidad de la luz. Este tipo de supernovas son las denominadas de Tipo Ia.

Tienen la particularidad de que, dado que el proceso de fusión se inicia con una cantidad determinada de masa, las características de estas supernovas son muy similares entre sí, de forma que el brillo que emiten es prácticamente el mismo bajo cualquier circunstancia. Por ello se utilizan como candela estándar. Esto quiere decir que, midiendo el brillo aparente de las supernovas de tipo Ia observadas desde la Tierra, se puede saber la distancia a ellas según éste sea más o menos intenso.

Las estrellas que tienen más de 9-10 masas solares, sufren un proceso completamente distinto a los anteriores casos mencionados. A diferencia de las estrellas con menos de 9 masas solares, en el interior de este tipo de estrellas se generan las temperaturas y presiones suficientes como para que, una vez fusionado el helio en carbono, éste pueda continuar fusionándose. El interior de la estrella queda entonces dividido en capas, como si de una cebolla se tratase, con los elementos más pesados situados cerca del núcleo.

 

Estructura en capas de una estrella masiva.

Este proceso de fusión continuará hasta que en el interior se forme un núcleo de hierro. La fusión del hierro no genera la suficiente energía como para sostener a la estrella. Lo único que impide que la estrella colapse es la presión de degeneración de electrones que ya hemos mencionado. Sin embargo, las capas exteriores al núcleo continúan fusionando elementos en hierro, aumentando de esta forma la masa del núcleo. Cuando se supera el límite de 1,4 masas solares, denominado límite de Chandrasekhar, ni siquiera la presión de degeneración es suficiente, y el núcleo acaba por ceder, contrayéndose rápidamente.

En este momento, los electrones y los protones se acercan lo suficiente como para unirse, formando neutrones y neutrinos en el proceso. La rápida contracción provoca que los neutrones sufran una serie de rebotes, que golpean las capas exteriores al núcleo con la suficiente fuerza como para expulsarlas de manera violenta, creando una supernova. Las de este tipo reciben el nombre de supernovas de Tipo II. Tras la explosión en el interior de la estrella suele persistir una densa esfera formada por neutrones, las ya conocidas estrellas de neutrones, que eventualmente darán lugar a los púlsares.

Tanto las supernovas de tipo I como las de tipo II dejan un rastro tras de sí, un halo de materia caliente que se extiende varios millones de kilómetros alrededor de donde antes se encontraba la brillante estrella, formando las coloridas nebulosas que conocemos como remanentes de supernovas.

Sin embargo las supernovas de tipo II son de gran interés, ya que son el origen de todos los elementos pesados que forman el universo. El hierro que forman las vigas de los edificios, el calcio que compone nuestros huesos, el oxígeno que respiramos, todo proviene de estas brillantes explosiones que tiene lugar constantemente a lo largo de todo el Universo. Además, se ha comprobado que las supernovas de este tipo también son una de las mayores fuentes de neutrinos. ¿Os acordaís que ya los mencionamos en el artículo dedicado a la materia oscura como una de las posibles partículas que podrían componerla?

Así que espero que este extenso artículo haya servido para que comprendáis mejor estos fenómenos que aúnan destrucción y creación. Sin embargo, aunque son la clave de todo lo que vemos a nuestro alrededor, os aseguro que prefeririáis no estar demasiado cerca de una. De hecho, ya se tiene bajo rigurosa vigilancia a varias estrellas cercanas cuya muerte en forma de supernova podría llegar a tener consecuencias incluso en la Tierra.

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~ por Kleiser en 1 mayo, 2010.

8 comentarios to “El Universo (V): La Muerte de las Estrellas, Supernovas”

  1. Muy completo el artículo, hay poco más que añadir. La verdad es que no conocía el dato de que todas tienen la misma intensidad de brillo, me encantan esas curiosidades.

    “Sin embargo las supernovas de tipo II son de gran interés, ya que son el origen de todos los elementos pesados que forman el universo” Es curioso que un proceso de “destrucción” sea al mismo tiempo lo contrario, un proceso de “creación”, qué extraño y maravilloso es el universo.

    Por cierto, cuando dices “De hecho, ya se tiene bajo rigurosa vigilancia a varias estrellas cercanas cuya muerte en forma de supernova podría llegar a tener consecuencias incluso en la Tierra”… ¿Hay alguna forma efectiva de evitar que se produzca una supernova? Una explosión cercana podría ser realmente terrible, y no sólo por la explosión en sí, sino por la gran cantidad de meteoritos que arrastraría hacia la Tierra. Supongo que algunas medidas ya habrá, aunque estén solo en fase “teórica”.

  2. No no hay forma de evitar una supernova, ni creo que la haya durante mucho tiempo, ya que implicaria aportar la energia suficiente para contrarrestar a la gravedad, y eso es muuuucha energía. Supongo que llegados a ese punto, seria mucho mas “rentable” huir a otro sistema.

    Con lo de tenerlas bajo vigilancia me refiero a que siempre tienen algun telescopio apuntando hacia a ellas.Y la materia que expulsan las supernovas no es tanto en forma de meteoritos sino en chorros de plasma. Vamos que seria mas como un ola cosmica.

    Aun asi no creo que ni siquiera en el caso de la estrella mas cercana candidata a supernova, la materia expulsada nos llegara tan lejos. Lo realmente peligroso es la radiación, y los neutrinos y rayos cósmicos que se generan, que podrían causar malformaciones o incluso modificar la estructura de nuestro ADN, igual que pasa cuando hay una fuga en un reactor nuclear, pero a una dimensión bastante mayor.

  3. En un documental (no recuerdo cual) vi que existen evidencia de que unos pueblos primitivos vieron una supernova. Sus narraciones contaban que se produjo un gran brillo en el cielo y que durante varios días no se hizo de noche.

    ¿Realmente la explosión de una supernova cercana podría tener efectos sobre la Tierra? ¿Sería mayor que el que produce la desaparición e inversión periódica de la magnetosfera? Por cierto, ese es un tema que me gustaría conocer. ¿Por qué cambian los polos magnéticos de la Tierra?

    • Yo he leido que las primeras reseñas que hay de civilizaciones que conozcan las supernovas son del imperio chino hace unos 1000 años. El caso concreto que mencionas, de una supernova que ilumine el cielo…intentare informarme pero tendria que estar relativamente cerca para causar ese efecto, pero si, en teoria es posible. De hecho, si una de “esas estrellas” que he mencionado que se estan observando detenidamente, y que se encuentran a menos de unas pocas decenas de años luz explotara, el brillo seria suficiente como para hacerla claramente visible incluso a plena luz del dia.

      Tambien supongo que, si la intensidad de la supernova fuera lo suficientemente grande, podria tener consecuencia en la magnetosfera, de igual forma que hacen los vientos solares constantemente deformándola, pero a escala incluso mayor. Pero todo esto son suposiciones, no creo ni que los propios astronomos lo sepan a ciencia cierta.

      Tampoco tengo mucha informacion acerca de la inversión de la orientacion del campo terrestre pero prometo buscar 🙂

    • Hablas de la nebulosa del cangrejo, previamente una supernova y históricamente confirmada por los antiguos chinos y europeos.

  4. Me está gustando mucho este blog

  5. Me ha encantado el post, muy bien explicado.Habrá que pasarse por aquí a menudo.

    Pero cuando dices “formando las coloridas supernovas que conocemos como remanentes de supernovas.” ¿Te refieres a las nebulosas, no?

    Un saludo.

    • Touche, tengo la mania de escribir muy rapido y se me cuelan muchos gazapos. De hecho aun releyendo 3 veces el texto me dejo algun que otro error gracias.

      Y pasate todo lo que quieras :). Saludos.

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