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Supernova una
explosion estelar
Luis Ochoa Bravo
Folio: AS152683896
UNAD
Curso propedéutico etapa 4
Actividad: Elaboración de un texto académico
Fecha: 07 de Junio de 2015
Introducción
El 15 de octubre de 1998 el telescopio Keck II, situado en la cima del volcán
Kilauea, en Hawai, escudriñaba una sección del cielo en el área de la constelación
de Pegaso. Hacía unas semanas, los científicos del Proyecto de Cosmología con
Supernovas (Supernova Cosmology Project), dirigido por Saul Perlmutter, habían
tomado fotos de las galaxias de la misma región como referencia. Al comparar las
nuevas imágenes con las de referencia, vieron que en una galaxia había
aparecido un punto brillante. Era una supernova, una estrella que hizo explosión.
La llamaron Albinoni, como el compositor italiano del siglo XVIII.
Nueve días después, el grupo internacional de investigadores usó el Telescopio
Espacial Hubble, además del Keck II, para medir la luminosidad aparente de
Albinoni, así como el corrimiento al rojo de la galaxia en la que se localiza. Al cabo
de varios días confirmaron que se trataba de una supernova de tipo 1a con un
corrimiento al rojo de 1.2, lo que indicaba que hizo explosión hace miles de
millones de años. Este grupo, así como el Equipo de Búsqueda de Supernovas de
Alto Corrimiento al Rojo(High-z Supernova Search Team), dirigido por el
astrónomo Brian Schmidt, se dedica a buscar supernovas de este tipo por todo el
cielo. Las supernovas 1a son muy intensas, lo que permite verlas desde muy lejos,
y alcanzan todas aproximadamente el mismo brillo intrínseco, por lo que son
excelentes patrones de luminosidad. Hoy en día, las supernovas 1a son el patrón
más usado para determinar distancias a galaxias muy lejanas. Los dos equipos de
cosmología con supernovas comparan la distancia de las supernovas 1a que
descubren con el corrimiento al rojo de sus galaxias para estudiar el pasado de la
expansión del Universo.
¿Que es una supernova?
Una supernova (del latín nova, nueva) es una explosión estelar que puede
manifestarse de forma muy notable, incluso a simple vista, en lugares de la esfera
celeste donde antes no se había detectado nada en particular. Por esta razón, a
eventos de esta naturaleza se los llamó inicialmente stellae novae (estrellas
nuevas) o simplemente novae. Con el tiempo se hizo la distinción entre fenómenos
aparentemente similares pero de luminosidad intrínseca muy diferente; los menos
luminosos continuaron llamándose novae (novas), en tanto que a los más
luminosos se les agregó el prefijo súper.
Este término fue utilizado desde la antigüedad para indicar la explosión de una
estrella blanca, las cuales producen una luminosidad que puede aumentar
100.000 veces su brillo original.
Esta luminosidad dura unos pocos días y, en ocasiones, puede ser observada a
simple vista desde la Tierra. Al ver un
nuevo resplandor en el cielo, los seres
humanos creían que había aparecido
una nueva estrella. En el mes de
agosto de 1975, apareció una nova
que pudo ser observada a simple vista
desde la Tierra, durante algunos días.
Esta nova surgió de la explosión de
una gigante roja.
Sin embargo, estrellas masivas,
varias veces más grandes que nuestro Sol, pueden crear supernovas cuando su
proceso de fusión del núcleo agota el combustible. En apariencia, esas estrellas
comienzan a crecer, hinchándose hasta convertirse en súper gigantes rojas. Sin
embargo, su núcleo sigue reduciéndose, haciendo que la formación de la
supernova sea inminente.
Cuando el núcleo de una estrella se contrae hasta un punto crítico, se libera
una serie de reacciones nucleares. Esta fusión evita durante un tiempo el colapso
del núcleo. En un microsegundo el núcleo alcanza temperaturas de miles de
millones de grados centígrados. Los átomos de hierro se contraen tanto que las
fuerzas de repulsión de sus núcleos crean una contracción del núcleo que hace
que la estrella explote en una supernova generando poderosas ondas de choque.
Las supernovas producen destellos de luz intensísimos que pueden durar
desde varias semanas a varios meses. Se caracterizan por un rápido aumento de
la intensidad luminosa hasta alcanzar una magnitud absoluta mayor que el resto
de la galaxia. Posteriormente su brillo decrece de forma más o menos suave hasta
desaparecer completamente.
Se han propuesto varios escenarios para
su origen. Pueden ser estrellas masivas
que ya no pueden desarrollar reacciones
termonucleares en su núcleo, y que son
incapaces de sostenerse por la presión de
degeneración de los electrones, lo que las
lleva
a
contraerse
repentinamente
(colapsar) y generar, en el proceso, una
fuerte emisión de energía. Otro proceso
más violento aún, capaz de generar
destellos incluso mucho más intensos, puede suceder cuando una enana blanca
miembro de un sistema binario cerrado, recibe suficiente masa de su compañera
como para superar el límite de Chandrasekhar y proceder a la fusión instantánea
de todo su núcleo: esto dispara una explosión termonuclear que expulsa casi todo,
si no todo, el material que la formaba. Las supernovas pueden liberar varias veces
1044 J de energía. Esto ha resultado en la adopción del foe (1044 J) como unidad
estándar de energía en el estudio de supernovas, sin embargo, pocas estrellas se
convierten en supernovas. Muchas se enfrían y terminan sus días como enanas
blancas y, posteriormente, como enanas negras.
El límite de Chandrasekhar es la máxima masa posible de una estrella fría
estable. Si se supera este límite la estrella colapsará para convertirse en un
agujero negro o en una estrella de neutrones.
El papel de las supernovas en la evolución estelar
La explosión de supernova provoca la expulsión de las capas externas de
la estrella por medio de poderosas ondas de choque, enriqueciendo el espacio
que la rodea con elementos pesados. Estos residuos estelares en expansión se
denominan remanentes y pueden tener o no un objeto compacto en su interior.
Dicho remanente terminará por diluirse en el medio interestelar al cabo de millones
de años, los restos eventualmente componen nubes de polvo y gas. Cuando el
frente de onda de la explosión alcanza otras nubes de gas y polvo cercanas, las
comprime y puede desencadenar la formación de nuevas nebulosas solares que
originan, después de cierto tiempo, nuevos sistemas estelares.
Las supernovas contribuyen a enriquecer el medio interestelar con metales
(para los astrónomos, metal es todo elemento más pesado que el helio). Así, tras
cada generación de estrellas, la proporción de elementos pesados del medio
interestelar aumenta. Mayores abundancias en metales tienen importantes efectos
sobre la evolución estelar. Además, sólo los sistemas estelares con metalicidad lo
suficientemente alta pueden llegar a desarrollar planetas. Una mayor metalicidad
conlleva pues una mayor probabilidad de formación de planetas, pero también
contribuye a formar estrellas de menor masa. Esto es debido a que el gas
acretado por la protoestrella es más sensible a los efectos del viento estelar
cuanto más elementos pesados posea, pues éstos absorben mejor los fotones.
Cuando explotan, las supernovas arrojan material al espacio a 15.000-40.000
kilómetros por segundo. Estas explosiones producen gran parte del material del
universo, incluyendo elementos como el hierro, que conforma nuestro planeta e
incluso a nosotros mismos. Los elementos pesados sólo se producen en las
supernovas, por lo que todos nosotros llevamos en nuestros cuerpos remanentes
de estas explosiones.
Aceleración de la expansión del Universo
La “expansión acelerada del universo” o “universo en expansión
acelerada” son términos con los que se designa el hecho descubierto en los años
1990 de que el universo se expande a una velocidad cada vez mayor. Este hecho
fue un descubrimiento no esperado, ya que hasta ese descubrimiento se pensaba
que, si bien el universo ciertamente está en expansión, su ritmo iba decreciendo
por efecto de la atracción mutua entre galaxias distantes.
A finales de los años 1990 unas observaciones de supernovas tipo A (clase 1a)
arrojaron el resultado inesperado de que la expansión del Universo parece ir
acelerándose. Estas observaciones parecen más firmes a la luz de nuevos datos.
De ser correcta esta teoría, el resultado último de esta tendencia sería la
imposibilidad de seguir viendo cualquier otra galaxia. Esta nueva teoría del fin del
Universo ha recibido el nombre de Gran Desgarramiento o, en inglés ,Big Rip.
El Gran Desgarramiento o Teoría de la expansión eterna, es una hipótesis
cosmológica sobre el destino final del Universo.
El cumplimiento de esta hipótesis depende de la cantidad de energía oscura en
el Universo. Si el Universo contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un
desgarramiento de toda la materia. Primero, las galaxias se separarían entre sí, a
1000 millones de años del final. Luego la gravedad sería demasiado débil para
mantener integrada cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, sólo habría
estrellas aisladas. Aproximadamente tres meses antes del fin, los sistemas solares
perderían
su
cohesión
gravitatoria.
En
los
últimos
minutos,
se
desbaratarían estrellas y planetas. El Universo quedaría en átomos, pero no se
habría acabado todo. Los átomos serían destruidos en una fracción de segundo
antes del fin del tiempo y sólo quedaría radiación. El Universo sería como el Big
Bang pero casi infinitamente menos denso.
La energía oscura y el destino del Universo
Puesto que la energía causante de la aceleración del espacio-tiempo no ha
podido ser observada en forma directa, se ha dado en llamarla energía oscura.
Dos candidatos teóricos que podrían hacer las veces de esta energía son
una constante cosmológica no igual a cero (que pudo haber causado la inflación
cósmica) y una energía repulsiva más general llamada quinta esencia. De todas
maneras una expansión acelerada no entra en contradicción frontal con la
formulación original de la Teoría General de la Relatividad que ya ocasionó en su
tiempo una polémica entre Albert Einstein, quien en un tiempo introdujo la
constante cosmológica en su ecuación de campo retirándola después, y varios
científicos: Alexander
Friedman, Georges
Lemaître,Howard
Percy
Robertson y Arthur Geoffrey Walker, quienes probaron que existían soluciones
estables no estacionarias sin el término proporcional a la constante cosmológica.
La observación de un Universo en aceleración parece plantear grandes problemas
para la Inteligencia eterna de Dyson. Esta teoría depende de un Universo en
desaceleración, lo que durante muchos años fue el modelo dominante en
la cosmología, ya que, a falta de observaciones que probaran la existencia de la
energía oscura, se creía que la atracción gravitatoria de la materia del Universo
sobre la misma materia actuaría para frenar la expansión.
La consecuencia más directa de la existencia de la energía oscura y la aceleración
del Universo es que éste es más antiguo de lo que se creía. Si se calcula la edad
del Universo con base en los datos actuales de la constante de Hubble (71±4
(km/s)/Mp), se obtiene una edad de 10.000 millones de años, menor que la edad
de las estrellas más viejas que es posible observar en los cúmulos globulares, lo
que crea una paradoja insalvable. Los cosmólogos estiman que la aceleración
empezó hace unos 9.000 millones de años. Antes de eso, se pensaba que la
expansión estaba ralentizándose, debido a la influencia atractiva de la materia
oscura y los bariones.
La densidad de materia oscura en un Universo en expansión desaparece más
rápidamente que la energía oscura y finalmente domina la energía oscura.
Específicamente, cuando el volumen del Universo se dobla, la densidad de
materia oscura se divide a la mitad pero la densidad de energía oscura casi
permanece sin cambios (exactamente es constante en el caso de una constante
cosmológica). Teniendo en cuenta la energía oscura, la edad del Universo es de
unos 13.700 millones de años (de acuerdo con los datos del satélite
WMAP en 2003), lo que resuelve la paradoja de la edad de las estrellas más
antiguas.
Hay algunas ideas muy especulativas sobre el futuro del Universo. Una sugiere
que la energía fantasma causa una expansión divergente, que implicaría que la
fuerza efectiva de la energía oscura continúa creciendo hasta que domine al resto
de las fuerzas del Universo. Bajo este escenario, la energía oscura finalmente
destrozaría todas las estructuras gravitacionalmente acotadas, incluyendo galaxias
y sistemas solares y finalmente superaría a las fuerzas eléctrica y nuclear para
destrozar a los propios átomos, terminando el Universo en un Big Rip. Por otro
lado, la energía oscura puede disiparse con el tiempo o incluso llegar a ser
atractiva. Tales incertidumbres abren la posibilidad de que la gravedad todavía
pueda conducir al Universo que se contrae a sí mismo en un "Big Crunch".
Algunos escenarios, como el modelo cíclico, sugieren que este podía ser el caso.
Mientras que estas ideas no están soportadas por las observaciones, no pueden
ser excluidas. Las medidas de aceleración son cruciales para determinar el
destino final del Universo en la Teoría del Big Bang.
Conclusiones
En general el conocimiento sobre el
origen, comportamiento y fin de las
supernovas no solamente nos permite comprender dicho concepto, pues de
manera directa abre un
abanico de temas que sin el entendimiento de las
supernovas sería imposible de desarrollar.
Así pues como le hemos observado en la lectura las supernovas marcan pauta
para para la evolución estelar pues los elementos liberados por ellas constituyen la
materia prima para nuevos cuerpos celestes.
De igual manera proporcionan un marco comparativo para poder establecer
cómo se comporta la expansión y aceleración del universo, complementando así
la teoría que indica que el universo está en constante expansión.
Por tal motivo la reflexión a la cual nos conlleva todo este conocimiento que
surge a partir de las supernovas, es el preguntarnos ¿Cuál es el destino del
universo? Y quizá la respuesta sea la teoría del Big Rip o expansión eterna la
cual tiene como parte fundamental el conocer la energía oscura de la cual aún
falta mucho por con conocer pero que en definitiva todo este cumulo de
conocimiento hubiera sido imposible tenerlo si no es porque las supernovas nos
revelaron sus secretos y por supuesto gracias a los científicos que con
observación y perseverancia lograron descubrir estas grandes maravillas del
universo.
Bibliografía
1. Pierre Astier et al. (Supernova Legacy Survey) (2006).«The Supernova
legacy survey: Measurement of omega(m), omega(lambda) and W from the
first year data set».Astronomy and Astrophysics 447: 31–48.
2. D. N. Spergel y otros (colaboración WMAP) (marzo de 2006). Three-Year
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications
for Cosmology [Tres años de resultados del Wilkinson Microwave
Anisotropy Probe (WMAP): implicaciones para la cosmología].
3. http://es.wikipedia.org/wiki/Supernova
4. http://es.wikipedia.org/wiki/Supernova#El_papel_de_las_supernovas_en_la
_evoluci.C3.B3n_estelar
5. http://es.wikipedia.org/wiki/Expansi%C3%B3n_acelerada_del_Universo
6. www.youtube.com/watch?v=-QVBWog4nuE
7. www.youtube.com/watch?v=oKXVmzod-TE
¿Por qué has elegido ese tema?
De las 4 lecturas que se nos proporcionaron para realizar el texto académico 2
me llamaron la atención de inmediato: animales en peligro de extinción y el lado
oscuro del universo. Pero mi decisión por el último fue debido a la fascinación que
me plantea un medio tan misterioso como lo es el espacio pero a la vez tan
necesariamente científico para su comprensión.
El hecho de poder proyectarme en un medio como lo es el espacio llevado de
la mano de los descubrimientos e hipótesis científicos me resulta sencillamente
apasionante y eso inclino la balanza para decidirme por este tema, pese que la
naturaleza dentro de mi planeta natal sea también algo maravilloso.
¿De dónde partiste para empezar a escribir?
Después de haber leído el texto me di cuenta de algo, que la base medular de
la misma eran las supernovas pues de ellas se derivaron muchos descubrimientos
más y fueron precursoras de nuevos conocimientos impulsando a los científicos en
sus investigaciones con nuevas herramientas de conocimiento.
De igual manera el poder que desencadena una supernova es quizá muy difícil
de comprender pero al admirar las fotografías y videos es algo cautivante pues
dentro de lo que pensamos que es un oscuro y vacío espacio se presentan luces
hermosas que son precursoras de la vida.