Un cordial saludo a todos, en esta ocasión quiero hablarles de Las Novas. Las novas son explosiones estelares, lo que las haría eventos estelares y no objetos en si mismo, como los de las anteriores publicaciones de esta misma serie. Pero su principal importancia reside en ser el origen de los materiales constitutivos de mundos como el nuestro, de los objetos que a diario vemos y manipulamos, e incluso de nosotros mismos.
¿Qué son las Novas?
Antes de empezar, debo aclarar que me voy a tomar la libertad de incluir bajo el término Nova a dos tipos de explosiones estelares diferentes, las que se pueden denominar propiamente novas, las cuales suelen ser recurrentes y en las que las estrellas involucradas sobreviven. Y las supernovas, kilonovas e hipernovas que son el estadio final de la vida de una o varias estrellas.
Las novas son explosiones que se dan en sistemas de estrellas binarias, donde una Estrella Compacta, generalmente una enana blanca, orbita una estrella gigante roja que ya está al final de su vida, cuando el diámetro de la gigante roja supera su Lóbulo de Roche1, la gravedad de la estrella compacta, atrae material de sus capas externas, formándose un disco de acreción alrededor de la estrella compacta.
El material atrapado por acreción, que está formado principalmente por hidrógeno y helio, es comprimido por la gravedad sobre su superficie de la estrella compacta, incrementándose su temperatura, hasta el punto en que supera la temperatura necesaria para dar inicio a la fusión nuclear, ocurriendo ésta violentamente.
Este proceso de fusión, es similar al que ocurre en los núcleos de las estrellas, pero a diferencia de éste, que se da de forma estable y sostenida, en las novas la fusión transforma inmensas cantidades de materia en elementos pesados, en poco tiempo, siendo un evento de gran violencia, en el que se liberan grandes cantidades de energía y radiación en todo el espectro electromagnético.
Una vez que el material se ha fusionado en su totalidad y una nube de elementos pesados es expulsada al espacio, la temperatura de la estrella compacta se reduce y el proceso puede o no iniciar de nuevo, pudiendo ocurrir recurrentemente, siempre que haya material que atrapar de la gigante roja.
El término Nova (del latín nueva), fue usado por primera vez por Tycho Brahe, quien lo empleó para referirse a lo que creyó era una estrella nueva. Estas estrellas, incrementan su brillo repentinamente, cuando se manifiesta la explosión, alcanzando magnitudes que las pueden hacer observables a simple vista, para poco después, disminuir su brillo hasta nuevamente dejar de ser visibles.
Como se puede apreciar, en las explosiones de novas, las estrellas que las produjeron sobreviven al evento, esto las diferencia las explosiones estelares que describiré a continuación, en las cuales las estrellas que las originan mueren dejando atrás cuerpos completamente diferentes a los que los originaron. Estas son las Supernovas, Kilonovas e Hipernovas.
¿Qué son las Supernovas?
Las supernovas son explosiones estelares que tienen en común la expulsión de grandes cantidades de materia y energía producto del fin de una estrella, se han descrito varios procesos posibles por los que este colapso se puede dar, pero las principales causas son el colapso del núcleo de estrellas que ya han agotado su combustible y no son capaces de realizar fusión nuclear y el colapso de enanas blancas que como parte de un sistema binario y tras robar materia de su compañera, superan el Limite de Chandrasekhar fusionando instantáneamente su núcleo.
A diferencia de las novas, las supernovas son explosiones de tal intensidad que pueden superar en luminosidad al resto de las estrellas de la galaxia donde se presentan, tras la explosión, puede quedar o no un objeto compacto y una nube de remanentes estelares formados por elementos pesados.
El proceso que conduce a una supernova, generalmente pasa por la expulsión violenta y repentina de las capas superficiales de una estrella gigante, normalmente de ocho o más masas solares, tras el colapso de su núcleo. En las últimas etapas de su vida, cuando casi todo el combustible fusionable del núcleo se ha consumido y cesan las reacciones nucleares, el colapso gravitatorio no se puede detener por la Presión de Radiación2 y si la masa del núcleo de la estrella supera el límite de Chandrasekhar, la presión de degeneración de los electrones tampoco podrá soportar su colapso y este continuará aceleradamente, generando la emisión de gran cantidad de energía y la expulsión de las capas exteriores de la estrella en el proceso. Tras este evento el núcleo de la estrella, dependiendo de su masa, quedará expuesto convertido en una estrella de neutrones o un agujero negro, mientras que las capas externas de la estrella se expandirán como una nube de gas y polvo, conformada por elementos pesados.
¿Cómo se clasifican las supernovas?
De acuerdo a los elementos presentes en la supernova, expresados en las líneas de absorción de su espectro, éstas han sido clasificadas de la siguiente forma:
-Supernovas tipo 1: son aquellas en las que no hay presencia de hidrógeno, corresponde a estrellas en la fase de gigante roja, que han agotado todo el hidrógeno de su núcleo y se están sosteniendo bajo la presión de fusión del helio.
-Supernovas tipo 1a: en éstas hay presencia de líneas de silicio, se presentan en sistemas binarios, en las que una gigante roja es orbitada por una enana blanca que, por acreción, está robando material de sus capas superiores, cuando la masa de la enana blanca supera el límite de Chandrasekhar sucede la fusión instantánea de toda su masa sobreviniendo la explosión de la enana blanca, expulsando toda su materia al espacio.
Este tipo de supernovas es de gran importancia, dado que su comportamiento está claramente definido por los modelos teóricos, por lo que resulta muy predecible y el estudio del espectro de las que se presentan en otras galaxias, ha servido para definir, entre otras cosas, la velocidad de desplazamiento de estas galaxias, lo que ha llevado a afinar los cálculos de la edad del universo y a demostrar su expansión acelerada
Lo que diferencia a una supernova tipo 1a de una nova, es que en el proceso que conduce a su desenlace explosivo, la materia de la estrella vecina es atraída con mayor velocidad, siendo comprimida contra la enana blanca, ocasionando la fusión instantánea de la masa de ésta, mientras que, en una nova, la materia es atrapada más lentamente y se fusiona en la superficie antes de que la enana blanca alcance el limite de Chandrasekhar.
-Supernovas tipo 1b: éstas no presentan líneas de silicio o hidrógeno, se caracterizan pr las líneas de helio en su espectro, se considera que se trata de estrellas en la etapa final de su vida que ya han consumido todo el hidrogeno de su núcleo y sufrieron su colapso durante el ciclo del helio, este tipo de supernovas también puede presentarse en sistemas binarios.
-Supernovas tipo 1c: en éstas no hay presencia de líneas de helio, se presume que se trata de estrellas en las que, por acción de una compañera, han sido robadas sus capas superficiales de helio e hidrógeno y ha quedado expuesto el núcleo de carbono-oxigeno, previo a su colapso.
-Supernovas tipo 2: son aquellas que presentan hidrogeno según sus líneas de absorción espectrales. Este tipo de explosiones estelares se dan en estrellas de masas superiores a las 20 masas solares, en las cuales, la presión y temperatura interna del núcleo se va incrementando en la medida en que va consumiendo y a la vez transformando su combustible de un elemento a otro, hasta llegar al hierro, el cual no es posible fusionar. Durante su vida estas estrellas pasan de tener un núcleo de hidrogeno, a uno de helio, luego carbono, neón, oxígeno, silicio y finamente hierro, el cual no puede ser fusionado, es este punto, cuando el hierro que se va acumulando en el núcleo, supera el límite de Chandrasekhar, éste colapsa en una explosión mucho más energética que la de las supernovas tipo 1a, sin embargo la energía se ve absorbida por las capas exteriores de la estrella por lo que aun cuando el estallido es más energético, termina siendo menos luminoso que el de las 1a.
-Supernovas tipo 2P: este tipo de supernovas fue denominado así gracias a la detección en 1987 de una particular explosión estelar en la Gran Nube de Magallanes3, la cual presentó el particular comportamiento de mantener una meseta en su curva de luz que se prolongó por unos 100 días (la P en su denominación es por plateau, del inglés, meseta), a diferencia de los restantes estallidos de este tipo, en los cuales la luminosidad disminuye linealmente desde su máximo, hasta extinguirse.
Aún no se tiene una explicación clara a este comportamiento, una de las primeras hipótesis que se presentó, fue la posibilidad de que se tratase de la explosión de una gigante azul, pues observaciones posteriores a la extinción de la explosión, mostraron la ausencia de una estrella de este tipo, sin embargo, según los modelos teóricos, este tipo de estrellas no se transforma en supernova. Otro aspecto curioso de esta explosión es que no se han detectado emisiones de radio, que se esperaría deberían provenir del pulsar remanente de la explosión.
Supernovas tipo 2L: este tipo de supernovas corresponde a una de tipo II con el esperado decrecimiento lineal de su luminosidad posterior a la explosión.
¿Qué son las Kilonovas?
Las kilonovas son explosiones estelares de menor intensidad que las supernovas, son el producto de la colisión de 2 estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro, que se orbitan mutuamente. Se cree que son el origen de elementos estables más pesados que el hierro como el oro y la plata. Durante los instantes previos a la colisión ambas estrellas se orbitan tan rápidamente que se teorizó que deberían emitir ondas gravitacionales, esto fue comprobado gracias a LIGO, el 17 de agosto de 2017, cuando fue detectado el evento GW170817, del cual ya he hablado anteriormente.
¿Qué son las Hipernovas?
Las hipernovas son hipotéticas explosiones estelares, que corresponderían al colapso gravitacional de estrellas supermasivas, de más de 100 masas solares, nunca se ha registrado una explosión de este tipo, pero se cree que la estrella Eta de Carina, es una candidata a convertirse en hipernova. La explosión de una de estas estrellas dejaría como remanente un agujero negro y en este proceso emitiría dos chorros de plasma de sus polos, acompañados de radiación gamma, esto podría ser la explicación a las Erupciones de Rayos Gamma
¿Qué son las erupciones de rayos gamma?
Las erupciones o brotes de rayos gamma son repentinos destellos de rayos gamma que han sido detectados en otras galaxias y que se presume pueden ser generados por explosiones estelares, estos destellos pueden durar desde fracciones de segundo hasta varios minutos, y suelen ir seguidos de emisiones en otras bandas del espectro electromagnético, como los rayos X, luz visible y ondas de radio.
Se supone que las erupciones más breves o llamaradas de rayos gamma leves pueden provenir de magnetares y colisiones entre estrellas de neutrones, mientras que las más duraderas y energéticas pueden provenir de la muerte en forma de supernovas, de estrellas gigantes y supergigantes.
Este tipo de erupciones representan una verdadera amenaza para la vida en las regiones donde se den, pues pueden, por ejemplo, destruir la capa de ozono de plantas como la tierra permitiendo la entrada de los rayos ultravioleta del Sol lo que conllevaría una extinción en masa.
¿Puede nuestro sol convertirse en una supernova?
Las supernovas son fenómenos que se dan sólo en aquellas estrellas que, cuando alcanzan los últimos momentos de su fase de gigante roja y el núcleo sufre un colapso gravitacional, éste supera el límite de Chandrasekhar o el de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, es decir que su núcleo debería superar, al menos, las 1,43 masas solares, es decir que de hecho sólo su núcleo superaría la masa del Sol, se estima que esto ocurre en estrellas de al menos 8 o 9 masas solares.
En el caso de nuestro sol, una vez que el núcleo haya agotado su hidrógeno y posteriormente su helio, ya en la fase de gigante roja, su núcleo conformado casi en su totalidad por carbono, colapsará al no generar la suficiente presión de radiación, este colapso producirá una enana blanca y en el proceso serán expulsadas las capas externas de la estrella, pero con mucha menos violencia que en una supernova o incluso una nova.
¿Son peligrosas las supernovas para la vida en la tierra?
No existe ninguna estrella en nuestro vecindario cercano que pueda transformarse en una supernova, la estrella más próxima con estas características es Betelgeuse, en la constelación de Orión, la cual está efectivamente en la fase de super gigante roja, tiene una masa equivalente a 20 masas solares y está a aproximadamente 650 años luz de nosotros, se cree que la distancia a la que esta Betelgeuse, es lo suficientemente grande como para no tener ningún efecto sobre nuestro planeta. Sin embargo, su muerte, que se piensa podría ocurrir dentro de los próximos 100.000 años, podrá ser observada como un incremento en su magnitud que la hará visible incluso a la luz del día.
Una amenaza latente de las supernovas son las erupciones de rayos gamma, las cuales como se dijo con anterioridad, podrían destruir nuestra capa de ozono, sin embargo, para que esto pueda ocurrir, además de estar a una distancia tal que los rayos tengan la suficiente intensidad al impactarnos. menos de mil parsecs o lo que es lo mismo 3260 Años luz, aproximadamente, también el foco de emisión debería estar apuntando directamente a la Tierra para que el destello de rayos gamma pueda impactarnos, lo cual es improbable.
¿Por qué son importantes las novas para la génesis estelar y planetaria?
Las estrellas son el origen de los elementos químicos que conforman lo que nos rodea y a nosotros mismo, estos elementos son creados en el proceso de fusión nuclear, cuando una estrella llega a su etapa de supernova, las capas externas de la estrella son expulsadas estas capas forman subes de gas y polvo, que pueden formar nuevas estrellas y sistemas planetarios. Las estrellas son los hornos nucleares donde se crean los átomos que permiten la formación de los planetas y de todo lo que en ellos hay como los seres vivos y las explosiones estelares como las novas y supernovas, son los mecanismos por medio de los cuales estos átomos son diseminados por el universo.
Notas:
1.Lóbulo de Roche: es la región del espacio alrededor de una estrella, en un sistema binario, dentro de la cual ejerce directamente influjo su gravedad; más allá del lóbulo de roche, los objetos salen del efecto gravitatorio de la estrella, pudiendo caer bajo la influencia del campo de su compañera.
2.Presión de Radiación: es la presión ejercida por la radiación térmica, generada por los procesos termonucleares que ocurren en el núcleo de las estrellas, esta presión es la que mantiene estable a la estrella, contrarrestando el efecto de la gravedad y previniendo su colapso.
3.Gran Nube de Magallanes: es una galaxia satélite de la Vía Láctea, ubicada a 163.000 años luz de la tierra. Es la tercera galaxia más cercana a la Vía Láctea, es observable a simple vista en el hemisferio entre las constelaciones de Dorado y Mensa.
Referencias
- ABC.es, ¿Qué es una kilonova y por qué ha revolucionado la Ciencia?, ABC.es
- AstroMia, Novas y supernovas, AstroMia.
- Astronomia-Iniciacion.com, Novas y supernovas, Astronomia-Iniciacion.com
- Domíngez, N.,, La kilonova, descubrimiento del año, El Pais
- Gómez, P.,, La vida privada de las estrellas - Supernovas de tipo II, El Tamiz
- National Geographic, Supernova, National Geographic
- Pereyra, J., Hipernovas que disparan rayos gamma, un peligro para la vida en la Tierra, El Confidencial.
- Pozo, D., ¿Qué es una supernova?, Hipertextual
- Santos, J., Hipernovas y brotes de rayos gamma, Astrofísica y Cuántica
- Wikipedia, Nova, Wikipedia
- Wikipedia, Supernova, Wikipedia
- Wikipedia, Hipernova, Wikipedia
- Wikipedia, Kilonova, Wikipedia
- Wikipedia, Estrella compacta, Wikipedia