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Someterse a una supernova es una de las formas en que una estrella termina su vida, pero otras formas incluyen formar agujeros negros, estrellas de neutrones y enanos blancos.
En nuestro vasto universo, las estrellas siguen un camino común en la vida: nacen, brillan a lo largo de sus vidas y, a menudo, terminan en una explosión masiva conocida como supernova. Las supernovas, también conocidas como las explosiones, son varios miles de millones de veces más brillantes que el sol, pero no todas las estrellas se ajustan a este final energético y dramático. Algunas estrellas masivas, incluso aquellas mucho más grandes que nuestro sol, desaparecerán silenciosamente sin ninguna explosión, posiblemente dejando agujeros negros. Este fenómeno peculiar ha desconcertado a los astrónomos y ofreció una comprensión más profunda de las complejas vidas y muertes de las estrellas.
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Introducción: la supernova esperada
Según la teoría estándar, se supone que las estrellas con más de ocho veces la masa de nuestro sol se despiden de la existencia con una gran supernova. Estas estrellas masivas comienzan como gigantes calientes, luminosos y azules, generando energía a través de reacciones nucleares. Esta energía los mantiene estables, manteniendo un equilibrio entre la presión del gas externo y el tirón interno de la gravedad.
Pistas de evolución estelar (créditos: Wikimedia Commons)
Sin embargo, a medida que estas estrellas masivas agotan su combustible nuclear, se transforman. Comienzan a expandirse y convertirse en supergigiants rojos, y finalmente alcanzan tamaños tan vastos que, si nuestro sol fuera de tamaño comparable, ¡tragaría los planetas en nuestro sistema solar desde Mercurio a Júpiter!
Se observa comúnmente que, cuando una estrella se acerca a la conclusión de su ciclo de vida, sus contratos centrales, expulsando un aumento de neutrinos. Estas partículas elementales no interactúan con otras partículas y típicamente pasan a través de la materia sin obstáculos. Se producen en cantidades significativas cuando el núcleo colapsa, generando suficiente fuerza para expulsar las capas externas de la estrella, lo que resulta en una explosión masiva de supernova.
El supergigante rojo
Un gigante rojo emerge cuando una estrella se acerca al final de su ciclo de vida, después de agotar el combustible de hidrógeno que necesita para la fusión nuclear. Esta transición marca el comienzo del declive de la estrella y la eventual transformación.
Red Supergiant Star (Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA/Chris Smith (Kbrwyle)))
Los astrónomos han sido testigos de múltiples ráfagas de supernova que ocurren en lugares extragalácticos, típicamente en áreas ricas en estrellas masivas, como los brazos espirales. En consecuencia, la creencia común es que la mayoría de las estrellas nacidas con una masa superior a ocho veces que la de nuestro sol culminará en las explosiones de supernova.
Sin embargo, a lo largo de las décadas, los científicos que trabajan en modelos teóricos han encontrado desafíos al intentar reproducir las explosiones de tales estrellas masivas utilizando simulaciones por computadora.
Una discrepancia entre las observaciones y los modelos teóricos en el campo de la astrofísica no es infrecuente, pero puede ser frustrante. Los investigadores a menudo han atribuido el problema a las limitaciones en el modelado de las condiciones extremas dentro de estas estrellas masivas.
Evidencia de autopsias
En los últimos años, los avances en la astronomía observacional han proporcionado ideas cruciales para los expertos. Los astrónomos han realizado «autopsias estelares», que examinan las imágenes de preexplosión de las galaxias para identificar qué estrella condujo a una supernova. Sorprendentemente, la mayoría de las estrellas que se fueron supernova fueron supergigiantes rojas.
Sin embargo, estos supergigiantes rojos no cubrieron el rango de masa completo de 8 a 30 masas solares, planteando un problema extraño denominado «problema de supergigante rojo».
La evidencia sugirió que solo los supergiantes rojos de baja masa se van supernova, mientras que los de mayor masa experimentan un colapso central, que finalmente forman agujeros negros. La línea divisoria parece ser alrededor de 17 a 19 masas solares, aunque puede variar dentro de este pequeño rango.
El papel de carbono en la vida de una estrella
Al igual que con todos los cuerpos celestes del universo, el factor final que determina el destino de una estrella masiva es su masa de nacimiento. La forma en que se quema el carbono en el núcleo de la estrella es fundamental para determinar si la estrella explota o colapsará. Cuando se quema el carbono, genera fotones de alta energía, que pueden producir neutrinos y antineutrinos cuando los fotones interactúan, lo que lleva a pérdidas de neutrinos que debilitan la capacidad de la estrella para resistir la gravedad.
Para los supergigantes rojos de baja masa, las quemaduras de carbono de manera convectiva (se transfieren calor a través del movimiento de un fluido), con bolsas de gas de gas en aumento y caída del núcleo.
Esto conduce a etapas prolongadas de la evolución de la estrella y las pérdidas significativas de neutrinos. Cuando el núcleo finalmente colapsa, las capas externas se expulsan, lo que resulta en una explosión de supernova.
En contraste, los supergigiantes rojos de mayor masa experimentan quema de carbono no convectivo, lo que reduce las pérdidas de neutrinos y conduce a un núcleo más extendido con material denso a su alrededor. Cuando el núcleo se derrumba, la explosión se frustra y la estrella implosiona, dando lugar a un agujero negro en lugar de una supernova espectacular.
El caso de Betelgeuse
Betelgeuse (Crédito de la foto: Alma /Wikimedia Commons)
Se ha esperado que uno de los supergigantes rojos más prominentes en nuestro cielo nocturno, Betelgeuse, explote en una supernova brillante. Sin embargo, su destino sigue siendo incierto. Dependiendo de la masa de nacimiento real de la estrella, Betelgeuse puede producir una supernova deslumbrante, en lugar de un agujero negro. Basado en su masa, es probable que también se pueda formar una estrella de neutrones, ya que las estrellas por debajo de 20 veces la masa del sol no puede colapsar en un agujero negro.
Sumando todo
El universo es un lugar de actuaciones celestiales constantes. Si bien la mayoría de las estrellas masivas concluyen sus vidas con una supernova espectacular, algunas estrellas masivas mucho más grandes que nuestro sol forman agujeros negros. A medida que los científicos continúan estudiando las complejidades de estos cuerpos celestes, las vidas y las muertes de las estrellas se vuelven mucho más intrigantes.
En el cosmos, donde nacen las estrellas, llevan sus vidas y finalmente se desvanecen, el universo continúa sorprendiéndonos con intrincados fenómenos de nacimiento estelar, vida y muerte. A medida que los científicos exploran los misterios de estos cuerpos celestes, la fascinación colectiva con la naturaleza enigmática de las estrellas solo se profundiza. El universo, con su vasto y secreto vacío, promete innumerables descubrimientos y revelaciones más en el futuro.
Referencias (haga clic para expandir)
- Croswell, K. (2020, 21 de enero). Una estrella masiva muere sin una explosión, revelando la naturaleza sensible de las supernovas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
- ¿Qué es una supernova?
- Agujeros negros.
- Gigante rojo.