Supernova para niños
Una supernova es una explosión muy potente de una estrella. Este evento puede verse en el cielo, incluso a simple vista, en lugares donde antes no había nada especial. Por eso, al principio se les llamó "estrellas nuevas". Más tarde, en 1931, los científicos Walter Baade y Fritz Zwicky usaron el nombre "supernova" para las explosiones más brillantes.
Este fenómeno ocurre cuando una estrella muy grande llega al final de su vida o cuando una enana blanca (un tipo de estrella pequeña y densa) explota de forma descontrolada. La estrella original, llamada progenitora, puede convertirse en una estrella de neutrones o un agujero negro, o desaparecer por completo.
Desde la Antigüedad, se observaban estas explosiones. Una supernova puede hacer que una estrella brille hasta 100.000 veces más que antes. Este brillo intenso dura unos pocos días y a veces se puede ver desde la Tierra. Cuando la gente veía un nuevo resplandor en el cielo, pensaban que había aparecido una estrella nueva.
Las supernovas producen destellos de luz muy fuertes que pueden durar desde varias semanas hasta varios meses. Su brillo aumenta rápidamente, superando incluso al de toda su galaxia. Después, su luz disminuye poco a poco hasta desaparecer.
Hay varias formas en que una supernova puede ocurrir. Una es cuando una estrella muy grande ya no puede producir energía en su centro. Sin esa energía, la estrella se encoge de repente y explota, liberando mucha energía. Otra forma, aún más violenta, ocurre cuando una enana blanca en un sistema de dos estrellas absorbe tanta materia de su compañera que explota por completo.
La explosión de una supernova lanza las capas exteriores de la estrella al espacio con ondas de choque muy poderosas. Esto enriquece el espacio con elementos pesados. Los restos de la explosión forman nubes de polvo y gas. Cuando estas ondas de choque chocan con otras nubes de gas y polvo, las comprimen. Esto puede iniciar la formación de nuevas nebulosas solares, que con el tiempo pueden dar origen a nuevos sistemas de estrellas y planetas.
Estos restos de estrellas en expansión se llaman remanentes. Pueden tener o no un objeto compacto (como una estrella de neutrones o un agujero negro) en su centro. Con el tiempo, el remanente se mezcla con el medio interestelar. Un ejemplo es RCW 86.
Las supernovas pueden liberar una cantidad enorme de energía. Por eso, los científicos usan una unidad especial llamada "foe" para medir la energía de las supernovas.
El 20 de septiembre de 2016, un astrónomo aficionado llamado Víctor Buso fue la primera persona en la historia en fotografiar el nacimiento de una supernova. Esto ocurrió a 86 millones de años luz de distancia, en la galaxia espiral NGC 613. La estrella que explotó se llamó SN 2016gkg.
Contenido
¿Cómo se clasifican las supernovas?
Las supernovas se clasifican según los elementos químicos que se ven en su luz (su espectro). La primera forma de dividirlas es ver si tienen o no hidrógeno. Si no tienen líneas de hidrógeno, se llaman tipo I. Si sí las tienen, se llaman tipo II.
Dentro de estos dos grupos principales, hay más divisiones según otros elementos.
Tipos principales de supernovas
- Tipo I
- Tipo II
- Con líneas de hidrógeno.
- Tipo II-P: Su brillo se mantiene en una "meseta" por un tiempo.
- Tipo II-L: Su brillo disminuye de forma constante.
- Con líneas de hidrógeno.
Supernovas de Tipo Ia
Las supernovas de tipo Ia no muestran silicio en su luz. Se cree que ocurren cuando una enana blanca de carbono y oxígeno absorbe mucha materia de una estrella cercana, generalmente una gigante roja. Esto sucede en sistemas de dos estrellas que están muy cerca.
Cuando la enana blanca absorbe suficiente materia, su masa alcanza un límite llamado límite de Chandrasekhar. En ese momento, los electrones ya no pueden soportar la estrella. La presión aumenta, la estrella se encoge y su temperatura sube tanto que el carbono en su centro empieza a fusionarse. Esta fusión se extiende rápidamente por toda la estrella, causando una explosión enorme. Como tienen poco hidrógeno en su superficie, este se vuelve transparente y no se detecta en su luz.
Durante la explosión, una cantidad de carbono que a una estrella normal le llevaría siglos se quema en segundos. Esta energía libera una poderosa onda de choque que destruye la estrella, lanzando toda su masa a velocidades de unos 10.000 kilómetros por segundo. La explosión también hace que la estrella brille muchísimo, siendo las más luminosas de todas. Normalmente, no queda nada de la estrella, solo gas y polvo muy calientes que se expanden rápidamente.
El mecanismo de las supernovas de tipo Ia es parecido al de las novas, pero en las novas, la enana blanca absorbe materia más lentamente. Esto hace que su superficie se encienda antes de alcanzar el límite de Chandrasekhar, y la enana blanca no se destruye, pudiendo repetir el proceso. Las supernovas de tipo Ia, en cambio, son un evento único y destructivo.
Las supernovas de tipo Ia son raras porque necesitan condiciones muy específicas. Por ejemplo, solo ocurren en sistemas de dos estrellas de masa media o baja. Además, la suma de las masas de ambas estrellas debe ser mayor que el límite de Chandrasekhar.
También puede haber supernovas de tipo Ia por la unión de dos enanas blancas en el mismo sistema. Si ninguna de las dos puede absorber suficiente masa por sí sola, al unirse pueden superar el límite de Chandrasekhar. Con el tiempo, sus órbitas se acercan y se aceleran, hasta que una de las enanas se desintegra y su material cae sobre la otra, causando la explosión.
Las supernovas de tipo Ia tienen una forma de brillo muy particular. Al principio, su luz muestra elementos como el oxígeno y el calcio. Meses después, estos elementos se vuelven transparentes y la luz viene de elementos más pesados del centro, como el níquel-56 y el cobalto-56, que son radiactivos.
A diferencia de otros tipos, las supernovas de tipo Ia se encuentran en todo tipo de galaxias, incluso en las elípticas, y no solo en zonas donde nacen estrellas nuevas. Esto es porque los eventos que las causan pueden durar mucho tiempo. Esta característica las hace muy útiles para medir distancias en el universo, como si fueran "velas estándar" muy brillantes. Gracias a ellas, los científicos han descubierto que el universo se está expandiendo cada vez más rápido.
En nuestra galaxia, la Vía Láctea, un posible candidato para este tipo de supernova es IK Pegasi, a solo 150 años luz de distancia. Es un sistema de dos estrellas con una enana blanca que se cree que explotará como supernova de tipo Ia en miles de millones de años.
Supernovas de Tipos Ib e Ic
Las supernovas de tipo Ib y Ic no muestran silicio en su luz, como las de tipo Ia. Se cree que son estrellas que, como las de tipo II, están al final de su vida, pero que perdieron todo su hidrógeno antes de explotar. Por eso, no se ven líneas de hidrógeno en su luz.
Las supernovas de tipo Ib podrían ser el resultado de la explosión de una estrella de Wolf-Rayet, que son estrellas que expulsan mucho hidrógeno con vientos muy fuertes. También pueden ocurrir en sistemas de dos estrellas donde la compañera ayuda a la otra a perder su gas. Si no solo se pierde el hidrógeno, sino también el helio, y queda expuesto el centro de carbono, entonces sería una supernova de tipo Ic. El proceso de explosión de estas supernovas es similar al de las supernovas de tipo II.
Supernovas de Tipo II
Las supernovas de tipo II ocurren cuando una estrella ya no puede producir energía porque su centro se ha llenado de hierro y níquel. Estos elementos no pueden fusionarse para crear más energía; al contrario, necesitan energía para unirse. Cuando el centro de hierro alcanza el límite de Chandrasekhar, su peso es demasiado grande para que los electrones lo soporten, y el centro se colapsa.
El centro se calienta a miles de millones de grados. En ese momento, la estrella emite fotones tan energéticos que pueden romper los átomos de hierro en partículas más pequeñas, como partículas alfa y neutrones. Este proceso se llama fotodesintegración. Estas reacciones absorben energía, lo que hace que el centro se enfríe y se colapse aún más rápido.
El centro se encoge tan rápido que deja un espacio casi vacío. Las capas exteriores de la estrella empiezan a caer hacia el centro. Al mismo tiempo, se produce una avalancha de neutrones en el centro. Los electrones del centro se combinan con los protones para formar más neutrones, en un proceso llamado captura de electrones. Esto convierte el centro en una masa de neutrones muy densa, llamada neutronium.
La captura de electrones también produce neutrinos. Se genera un flujo enorme de neutrinos que se expande rápidamente. Las capas exteriores de la estrella que caen chocan con esta "onda" de neutrinos. Aunque no se entiende del todo cómo, parte de la energía de los neutrinos se transfiere a las capas exteriores de la estrella, causando la explosión.
Cuando la onda de choque llega a la superficie de la estrella, horas después, su brillo aumenta muchísimo. Si el centro que se colapsa es lo suficientemente pequeño (entre 1.5 y 2.5 veces la masa del Sol), los neutrones pueden detener el colapso, formando una estrella de neutrones. Si es más grande, seguirá encogiéndose hasta formar un agujero negro.
La energía de una supernova de tipo II es enorme, pero solo una pequeña parte se convierte en luz visible. Las supernovas que dejan estrellas de neutrones son las más eficientes en expulsar masa. Las que forman agujeros negros son menos eficientes, porque mucha energía queda atrapada.
Aún no se entiende del todo cómo las supernovas liberan tanta energía. Los modelos por computadora no siempre logran simular una explosión tan potente. Se cree que factores como la fuerza centrífuga (por la rotación de la estrella) y los campos magnéticos podrían influir.
Las supernovas de tipo II se dividen en subtipos: II-P y II-L. Las II-P tienen una "meseta" en su curva de luz, lo que significa que su brillo se mantiene constante por un tiempo. Esto se debe a que tienen una gran capa de hidrógeno que atrapa y libera energía. Las II-L tienen un brillo que disminuye de forma constante, porque sus capas de hidrógeno son mucho más pequeñas.
Las estrellas que dan lugar a supernovas de tipo II suelen tener entre 10 y 50 veces la masa del Sol. Si son mucho más grandes, se cree que se colapsan directamente en un agujero negro sin una explosión visible. Estas estrellas, literalmente, desaparecen al morir.
Se ha pensado que algunas estrellas extremadamente grandes podrían producir hipernovas. En este caso, después de que el centro se convierta en un agujero negro, saldrían dos chorros de plasma muy potentes desde sus polos. Estas emisiones intensas, llamadas explosiones de rayos gamma, podrían ser una explicación para estos fenómenos misteriosos.
¿Qué son los remanentes de supernova?
Los remanentes de supernova son las estructuras de gas y polvo que quedan después de una explosión. Están rodeados por una onda de choque que se expande y barre todo a su paso. El centro de la estrella, sin energía, se colapsa por su propia gravedad, formando una estrella de neutrones o un agujero negro. Pero no todo se destruye; el centro de la estrella, rico en hierro, permanece. Su destino final (detenerse o seguir colapsando) depende de su masa.
Los descubrimientos de supernovas se informan a la UAI. Ellos les dan un nombre que incluye el año del descubrimiento y una o dos letras. Por ejemplo, Supernova 1987A.
- La estrella de neutrones
También llamadas púlsares, se forman cuando el colapso del centro de la estrella se detiene gracias a los neutrones. Las estrellas de neutrones tienen un campo magnético muy fuerte que hace que emitan radiación electromagnética en forma de pulsos regulares, como un faro cósmico.
- Agujero negro
Si el centro que queda después de la explosión es muy masivo (más de unas tres veces la masa del Sol), su colapso es imparable. La estrella se vuelve increíblemente densa y forma un agujero negro. Cuanto más denso es, más grande es el agujero negro, y su fuerza de gravedad es tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él.
¿Por qué las supernovas son asimétricas?
Un misterio sobre las supernovas de tipo II es por qué el objeto que queda después de la explosión (la estrella de neutrones o el agujero negro) se mueve a gran velocidad lejos del lugar de la explosión. Esto sugiere que la explosión no es perfectamente redonda, sino asimétrica. Aún no se sabe cómo se transfiere ese impulso al objeto compacto.
Una posible explicación es que el gas dentro de la estrella se mueve de forma irregular (convección). Esto podría causar que la explosión no sea uniforme.
Otra idea es que la acumulación de gas en la estrella de neutrones central podría crear un disco que lanza chorros de materia a gran velocidad. Estos chorros podrían empujar la estrella y causar la asimetría.
También se han visto asimetrías en las explosiones de supernovas de tipo Ia. Esto podría significar que el brillo inicial de estas supernovas depende de desde dónde las miremos. Sin embargo, con el tiempo, la explosión se vuelve más simétrica.
Supernovas importantes
Aquí hay una lista de supernovas importantes que se han visto desde la Tierra a lo largo de la historia. Las fechas indican cuándo fueron observadas, pero las explosiones ocurrieron mucho antes, ya que su luz tardó cientos o miles de años en llegar hasta nosotros.
- 185 – SN 185 – Mencionada en escritos de China y posiblemente de Roma. Se cree que sus restos son RCW 86.
- 1006 – SN 1006 – Muy brillante; mencionada en Egipto, Irak, Italia, Suiza, China, Japón y, quizás, Francia y Siria.
- 1054 – SN 1054 – Dio origen a la Nebulosa del Cangrejo. Mencionada por astrónomos chinos y, probablemente, por nativos americanos.
- 1181 – SN 1181 – Mencionada por astrónomos chinos y japoneses. Explotó en la constelación de Casiopea y dejó la estrella de neutrones 3C 58.
- 1572 – SN 1572 – Supernova en Casiopea, observada por Tycho Brahe y Jerónimo Muñoz. Tycho Brahe usó por primera vez el término "nova" en su libro.
- 1604 – SN 1604 – Supernova en Ofiuco, observada por Johannes Kepler. Es la última supernova vista en nuestra galaxia, la Vía Láctea.
- 1885 – S Andromedae en la Galaxia de Andrómeda, descubierta por Ernst Hartwig.
- 1987 – Supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes. Fue observada pocas horas después de su explosión, lo que permitió a los científicos probar sus teorías modernas.
- Cassiopeia A – Supernova en Casiopea, no observada directamente, pero se estima que explotó hace unos 300 años. Es el remanente más brillante en radio.
- 2005 - 2005ap - La supernova más brillante observada hasta ahora. Fue ocho veces más brillante que la Vía Láctea.
- 2006 – SN 2006gy en la galaxia NGC 1260. Es la segunda más grande observada, cinco veces más luminosa que otras supernovas. Se originó por la explosión de una estrella 150 veces más grande que el Sol.
Galileo usó la supernova de 1604 para demostrar que el cielo no era inmutable, como se creía en su época.
Las supernovas dejan un remanente estelar (los restos de la explosión). Estudiar estos objetos nos ayuda a entender mejor cómo ocurren las supernovas.
¿Cuál es el papel de las supernovas en el universo?
Las supernovas son muy importantes porque enriquecen el espacio con elementos pesados (los astrónomos llaman "metal" a cualquier elemento más pesado que el helio). Así, con cada generación de estrellas y supernovas, la cantidad de elementos pesados en el espacio aumenta.
Una mayor cantidad de estos elementos influye en cómo evolucionan las estrellas. Además, solo los sistemas de estrellas con suficientes elementos pesados pueden formar planetas. Más elementos pesados significan más posibilidades de que se formen planetas y también contribuyen a que se formen estrellas más pequeñas.
Los científicos Alex Filippenko y sus colegas sugieren que las supernovas más grandes (como SN 2005ap y SN 2006gy) fueron producidas por estrellas muy masivas (100 o más veces la masa del Sol). Creen que estas estrellas gigantes fueron la primera generación de estrellas en el universo. Al explotar como supernovas gigantes, esparcieron por el universo los elementos químicos que luego formaron todas las nuevas estrellas, planetas y, en definitiva, todo lo que conocemos, ¡incluidos nosotros mismos!
Galería de imágenes
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Imagen del telescopio espacial Hubble mostrando la supernova 1994D abajo a la izquierda y la galaxia NGC 4526.
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Las supernovas de tipo Ia son, por mucho, las más potentes de todas, pudiendo emitir un brillo varias veces superior al de la galaxia que las acoge. (Recreación artística).
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Curva de luz de una supernova de tipo Ia. Su máximo de emisión es el mayor entre todos los tipos de supernova.
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Curvas de luz de las SNII-P y SNII-L.
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La primera fase de la supernova es un colapso rápido del núcleo incapaz de sostenerse.
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Supernova 1987A, una de las explosiones estelares más brillante de los últimos 400 años.
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El pulsar en la Nebulosa del Cangrejo está viajando a 375 km/s relativo a la nebulosa.
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Imagen en Rayos X de la supernova SN 1006, tomada por ASCA, un satélite de la NASA para el estudio de los rayos cósmicos.
Véase también
En inglés: Supernova Facts for Kids
