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Experimentar una supernova es una de las formas en que una estrella termina su vida, pero otras formas incluyen la formación de agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas blancas.
En nuestro vasto universo, las estrellas siguen un camino común en la vida: nacen, brillan durante toda su vida y, a menudo, terminan en una explosión masiva conocida como supernova. Las supernovas, también conocidas como explosiones, son varios miles de millones de veces más brillantes que el Sol, pero no todas las estrellas se ajustan a este final enérgico y dramático. Algunas estrellas masivas, incluso aquellas mucho más grandes que nuestro Sol, desaparecerán silenciosamente sin ninguna explosión, posiblemente dejando atrás agujeros negros. Este peculiar fenómeno ha desconcertado a los astrónomos y ha ofrecido una comprensión más profunda de las complejas vidas y muertes de las estrellas.
Introducción: la supernova esperada
Según la teoría habitual, las estrellas con más de ocho veces la masa de nuestro Sol deberían despedirse de su existencia con una gran supernova. Estas estrellas masivas comienzan como gigantes azules, brillantes y calientes, que generan energía a través de reacciones nucleares. Esta energía los mantiene estables, manteniendo un equilibrio entre la presión del gas hacia afuera y la atracción de la gravedad hacia adentro.
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 supergigantes rojas, alcanzando eventualmente tamaños tan vastos que, si nuestro Sol fuera de tamaño comparable, ¡se tragaría los planetas de nuestro sistema solar, desde Mercurio hasta Júpiter!
Se suele observar que, cuando una estrella se acerca al final de su ciclo de vida, su núcleo se contrae y expulsa una oleada de neutrinos. Estas partículas elementales no interactúan con otras partículas y normalmente atraviesan la materia sin obstáculos. Se producen en cantidades significativas cuando el núcleo colapsa, generando fuerza suficiente para expulsar las capas externas de la estrella, lo que resulta en una explosión masiva de supernova.
La supergigante roja
Una gigante roja 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 su eventual transformación.
Estrella supergigante roja (Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/Chris Smith (KBRwyle))
Los astrónomos han sido testigos de múltiples explosiones de supernovas que se producen en lugares extragalácticos, normalmente en áreas ricas en estrellas masivas, como brazos espirales. En consecuencia, la creencia común es que la mayoría de las estrellas que nacen con una masa superior a ocho veces la de nuestro Sol culminarán en explosiones de supernova.
Sin embargo, a lo largo de décadas, los científicos que trabajan en modelos teóricos han encontrado desafíos al intentar reproducir las explosiones de estrellas tan masivas mediante simulaciones por computadora.
Una discrepancia entre las observaciones y los modelos teóricos en el campo de la astrofísica no es infrecuente, pero puede resultar frustrante. Los investigadores a menudo han atribuido el problema a 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 conocimientos cruciales a los expertos. Los astrónomos han realizado «autopsias estelares» que examinan las imágenes previas a la explosión de las galaxias para identificar qué estrella dio lugar a una supernova. Sorprendentemente, la mayoría de las estrellas que se convirtieron en supernovas eran supergigantes rojas.
Sin embargo, estas supergigantes rojas no cubrían todo el rango de masas de 8 a 30 masas solares, lo que generó un extraño problema conocido como el «problema de las supergigantes rojas».
La evidencia sugiere que sólo las supergigantes rojas de menor masa se convierten en supernovas, mientras que las de mayor masa experimentan un colapso del núcleo, formando finalmente agujeros negros. La línea divisoria parece estar entre 17 y 19 masas solares, aunque puede variar dentro de este pequeño rango.
El papel del carbono en la vida de una estrella
Como ocurre con todos los cuerpos celestes del universo, el factor último 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 explotará o colapsará. Cuando el carbono se quema, genera fotones de alta energía, que pueden producir neutrinos y antineutrinos cuando los fotones interactúan, lo que provoca pérdidas de neutrinos que debilitan la capacidad de la estrella para resistir la gravedad.
En el caso de las supergigantes rojas de menor masa, el carbono se quema por convección (el calor se transfiere mediante el movimiento de un fluido), y las bolsas de gas que suben y bajan transportan el calor lejos del núcleo.
Esto conduce a etapas prolongadas de la evolución de la estrella y pérdidas significativas de neutrinos. Cuando el núcleo finalmente colapsa, las capas externas son expulsadas, lo que resulta en una explosión de supernova.
Por el contrario, las supergigantes rojas de mayor masa experimentan una quema de carbono no convectiva, lo que reduce las pérdidas de neutrinos y conduce a un núcleo más extendido con material denso a su alrededor. Cuando el núcleo colapsa, la explosión se frustra y la estrella implosiona, dando lugar a un agujero negro en lugar de una espectacular supernova.
El caso de Betelgeuse
Betelgeuse (Crédito de la foto: ALMA /Wikimedia Commons)
Durante mucho tiempo se esperaba que una de las supergigantes rojas más prominentes de nuestro cielo nocturno, Betelgeuse, explotara en una brillante supernova. Sin embargo, su destino sigue siendo incierto. Dependiendo de la masa real de nacimiento de la estrella, Betelgeuse puede producir una supernova deslumbrante, en lugar de un agujero negro. Según su masa, es probable que también se pueda formar una estrella de neutrones, ya que las estrellas con una masa inferior a 20 veces la del Sol no pueden colapsar en un agujero negro.
Resumiendo todo
El universo es un lugar de constantes actuaciones celestiales. Mientras que la mayoría de las estrellas masivas concluyen sus vidas con una espectacular supernova, 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, la vida y muerte de las estrellas se vuelve mucho más intrigante.
En el cosmos, donde las estrellas nacen, viven y finalmente se desvanecen, el universo continúa sorprendiéndonos con intrincados fenómenos de nacimiento, vida y muerte estelares. A medida que los científicos exploran los misterios de estos cuerpos celestes, la fascinación colectiva por la naturaleza enigmática de las estrellas no hace más que profundizarse. El universo, con su vasto y secreto vacío, promete innumerables descubrimientos y revelaciones en el futuro.
Referencias (haga clic para ampliar)
- Croswell, K. (21 de enero de 2020). Una estrella masiva muere sin producir una explosión, lo que revela 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.
