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Introducción a la muerte cataclísmica de las estrellas
Todo nuestro universo se encuentra en continuo cambio. De tal forma que no sólo las galaxias sino también las estrellas atraviesan un ciclo evolutivo:
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- un “nacimiento”;
- una etapa de pleno esplendor en la que brillan intensamente;
- un momento final de extinción relativamente tranquilo o caótico.
El final del ciclo evolutivo de una estrella es catastrófico. Se conoce como supernova.
Solamente un 5% de las estrellas del universo terminan como supernovas.
«El 95 % de las estrellas del universo terminan su vida apagándose tranquilamente. Se apagan, se enfrían. Mueren como enanas blancas, cuerpos pequeños del tamaño de la Tierra que van irradiando lentamente el calor con que quedaron y duran miles de millones de años. Algunas son casi tan antiguas como el universo. Pero, la influencia que tienen las supernovas, es fascinante», detalla la doctora en Física por la Universidad Nacional de la Plata, la astrónoma Gloria Dubner, especializada en restos de supernova durante una charla online como invitada del Ciclo Lucas Lara del Instituto de Astrofísica de Andalucía, España.
El remanente de supernova Casiopeia A (Cas A) brilla en una nueva imagen del Telescopio Espacial James Webb de NASA, Agencia Espacial Europea (ESA) y Agencia Espacial Canadiense (CSA), STScI, D. Milisavljevic (Purdue University), T. Temim (Princeton University), I. De Looze (University of Gent). La vista captada por NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) del Webb revela detalles intrincados de la capa de material en expansión que choca contra el gas desprendido por la estrella antes de explotar.
Las supernovas
En términos coloquiales una supernova se puede describir como una explosión descomunal que en cuestión de segundos pone fin a la vida de una estrella masiva o de baja masa que irradió luz y energía en el universo. Una estrella que quizás haya sido una de las tantas asomando en nuestro cielo nocturno.
Al momento de detonar la explosión que pone fin a la vida de una estrella, una supernova brilla como miles de millones de soles juntos en un mismo punto. A la par que transforma el material circundante del medio interestelar en que se produjo el fenómeno cósmico.
Breve síntesis histórica
En grandes civilizaciones antiguas como Babilonia, Egipto, India, y también en ciudades de la Antigüedad como Roma y Grecia existían registros de observaciones de cometas o de particularidades de los movimientos planetarios; pero ninguna anotación relacionada con la aparición de supernovas en aquellos cielos.
En el año 1054 los astrónomos chinos fueron testigos de una estrella muy brillante que apareció en el cielo en la constelación de Tauro. La luz de la estrella permaneció visible en el cielo diurno 23 días y 653 noches antes de desaparecer de la vista. Más de 700 años después el astrónomo francés y responsable de uno de los más populares catálogos de objetos astronómicos, Charles Messier (1730-1817), la incluyó en la primera entrada de su catalogación.
Durante el Renacimiento el registro histórico más célebre fue el del matemático y astrónomo danés, Tycho Brahe (1536-1601). En 1572 describió una supernova de la Vía Láctea, hoy conocida como SN 1572 o Nova Tycho.
Las anotaciones de Brahe dieron lugar al inicio del cuestionamiento acerca del modelo que sostenía que el universo era estático, eterno e invariable. Sus registros obligaron a la comunidad científica a reconocer que una supernova no era un mero fenómeno atmosférico.
Tratándose de estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, la última supernova atestiguada por la humanidad tuvo lugar en octubre de 1604. El acontecimiento fue observado, medido y cuidadosamente registrado por el matemático y astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630); con posterioridad fueron observadas y estudiadas muchas otras supernovas de estrellas pertenecientes a otras galaxias distintas de la nuestra.
Finalmente, en el año 1731 se descubre un peculiar objeto nebuloso en el cielo en la constelación de Tauro que años después el astrónomo inglés que vivió toda su vida en Irlanda, Lord William Parsons III conde de Rosse (1800-1867), bautizó Nebulosa del cangrejo.
La Nebulosa del Cangrejo es un remanente en expansión de la supernova de una estrella. Los astrónomos y chinos registraron este violento evento hace casi a 1 000 años, en 1054 d.C. Crédito: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona).
En 1842 Lord Parsons mandó a construir el mayor telescopio del siglo XIX, Leviatán, con el objeto de seguir estudiando aquella nebulosa y otros objetos.
Albert White at English Wikipedia.
Mediante su telescopio reflector con un espejo de 183 centímetros logró observar por segunda vez lo que en verdad era el mismo objeto que había sido visto por los astrónomos chinos en 1054.
Se trataba de la antigua supernova SN 1054 que había evolucionado hacia una nebulosa.
La Nebulosa del cangrejo es uno de los restos de supernova más enigmáticos de la Vía Láctea.
Nebulosa del Cangrejo: Un cangrejo camina a través del tiempo. Un remanente de supernova alimentado por un púlsar. Situada en la constelación de Tauro, a unos 6500 años luz de la Tierra. La imagen combina rayos X del Observatorio de Rayos X Chandra, luz óptica del Telescopio Hubble y luz infrarroja del Spitzer. Los rayos X son azules y blancos, los ópticos morados y los infrarrojos rosas.
Tipos de supernovas
El astrónomo francés Rudolph Minkowski (1895-1976) de los Observatorios Halle de los Estados Unidos, más tarde de los Laboratorios de Radioastronomía de la Universidad de California y pionero en el estudio planetario de las nebulosas, supernovas y acerca de la emisión de radio de las galaxias, en 1941 clasificó por primera vez las explosiones de supernovas basándose en observaciones del espectro de catorce eventos.
En aquel conjunto encontró que nueve tenían una característica muy clara: en su espectro no aparecían líneas de hidrógeno. Las llamó supernovas de tipo I.
Los otros cinco casos tenían en común que los espectros de todas ellas poseían líneas de hidrógeno y, aunque eran más variadas, las agrupó como supernovas de tipo II.
Con el tiempo, parecía que cada nuevo ejemplar era de una variedad diferente y las «clases» de supernovas aumentaron hasta llegar a seis o siete. Pero más adelante, con mejores datos, se volvieron a sistematizar en dos grandes grupos, tipos I y tipos II, con subclases en cada uno.
Estas clasificaciones fueron reemplazadas hace algunos años por un agrupamiento que en lugar de hacer una clasificación taxonómica de las supernovas, responde a las preguntas: ¿cuáles son las razones físicas que hacen que una explosión se diferencie de otra en brillo absoluto?, ¿qué hace que en su espectro aparezcan trazas de determinados átomos y no de otros?
Al intentar responder tales interrogantes se comprendió que existían sólo dos grandes familias de supernovas.
Sin embargo, no es la presencia o ausencia de hidrógeno en los espectros lo que permite distinguirlas, sino que, se agrupan en supernovas que provienen de un colapso termonuclear o de un colapso gravitacional.
Supernovas por colapso gravitacional
Este tipo de supernovas ocurre cuando una estrella de gran masa intenta seguir obteniendo energía a través del mismo mecanismo de fusión.
En ese proceso transforma hidrógeno en helio, helio en carbono y oxígeno, y así sucesivamente, pasando por una gran variedad de elementos cada vez más pesados, hasta llegar al hierro.
Una vez alcanzada la fusión del hierro, en lugar de liberar energía, la fusión de dicho elemento consume energía; de allí que se forma, entonces, un núcleo estelar inactivo, rodeado por los materiales que se fueron forjando a partir de la fusión de átomos más livianos.
Una vez alcanzada esta etapa, en poco tiempo el núcleo de la estrella sufre una colosal implosión.
A escala atómica, los electrones son empujados fuertemente hacia los núcleos atómicos reaccionando con los protones para formar neutrones y liberar neutrinos. Da lugar a un estado de la materia que en física se denomina “degeneración neutrónica”.
Si se alcanza la “degeneración neutrónica”, la implosión se revierte, generando ondas de choque que avanzan hacia las capas externas de la “estrella moribunda”. Finalmente, ocurre un “gran estallido” que sacude todo el medio interestelar.
Cuando toda la luz o radiación resultante de la propia supernova haya tenido tiempo de recorrer millones y millones de kilómetros, se visualizará en los cielos estrellados como un punto extremadamente brillante que podría llegar a ser observado desde la Tierra, incluso a plena luz del día.
Supernovas por colapso termonuclear
Este tipo de supernovas presupone la existencia de un sistema binario. Es decir un sistema conformado por dos estrellas que orbitan entre sí.
Una de las dos es un antiguo remanente estelar conocido como enana blanca, caracterizada físicamente por ser un objeto compacto y denso.
Puede ocurrir que la otra componente del sistema, una estrella similar a cualquiera de las que vemos en el cielo, se expanda hasta alcanzar un tamaño considerable; invadiendo el espacio de la enana blanca, motivo por el cual esta comienza a atrapar material de la otra estrella.
Cuando este exceso de material que se traspasa de la estrella en secuencia principal hacia la estrella enana blanca, hace que la masa de esta última alcance un valor crítico de 1,44 masas solares, se inician reacciones termonucleares rapidísimas que sólo concluirán con la desintegración de la estrella a través de una violenta explosión.
Fuentes
- Libro: Supernovas; autora: Gloria Dubner.
- Levinas, M. L. (2012). Las imágenes del universo: una historia de las ideas del cosmos. Siglo XXI.
