SUPERNOVAS

Las estrellas más masivas acaban su vida con una gigantesca explosión, una supernova. Las capas exteriores de la estrella salen proyectadas al espacio y durante unos días puede llegar a brillar más que una galaxia entera.

Nosotros podemos ver los restos incandescentes de estrellas muertas hace cientos o miles de años. Las supernovas escasean (dos o tres por siglo en nuestra Galaxia), y muchas de ellas quedan ocultas por el polvo interestelar. La última que se ha visto en la Vía Láctea data de 1604, sin embargo, hemos encontrado muchas más fuera de nuestra Galaxia.

IMPLOSIÓN DE UNA ESTRELLA

Cuando una estrella con una masa ocho veces superior a la de nuestro Sol consume todo su hidrógeno, se hincha y se convierte en una supergigante. Al contrario que las gigantes rojas, su núcleo está suficientemente caliente como para usar el carbono y el oxígeno creados en la combustión del helio y producir elementos más pesados como el hierro.

La supernova más brillante del cielo terrestre, en los últimos cuatro siglos, apareció el 23 de febrero de 1987 en la Gran Nube de Magallanes, pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea.

Una supergigante puede tener un diámetro más de mil veces superior al del Sol. El núcleo creado formado de capas de elementos diferentes recuerda a una cebolla. La fusión nuclear no puede crear elementos más pesados que el hierro. Así que el núcleo que se forma es de hierro que, puede alcanzar 1,4 veces la masa del Sol y no puede soportar su propio peso. Se colapsa sobre sí mismo, se diría que implosiona, provocando la creación de elementos más pesados que el hierro. Y, a partir del núcleo implosionado, se crea una estrella de neutrones o un agujero negro.

Tres años antes de la explosión, la estrella que se convirtió en Supernova 1987ª era una supergigante azul apenas visible, conocida como Sanduleak-69º202. Inicialmente, su masa equivalía a 20 veces la del Sol. Esta Supernova siguió brillando hasta el 20 de mayo, alimentada por los elementos radiactivos creados por la explosión. La estructura compacta de la estrella original afectó a su punto máximo de brillo.

Existen diferentes tipos de supernovas y son clasificadas de manera también distintas. Una supergigante que explota es una supernova de tipo II. Una supernova de tipo Ia emite aún más energía. Cuando una enana blanca,  pequeña y densa, atrae el gas de una compañera mayor, su masa puede aumentar hasta que no pueda soportarlo e implosione, destruyéndose a sí misma en la gran explosión. Las supernovas de tipo Ia siempre tienen el mismo brillo y se pueden usar para medir las distancias de galaxias lejanas.

La onda expansiva de la explosión se extiende a través de la estrella, dando lugar a una inmensa explosión. Los elementos pesados proyectados en el espacio participan en la formación de nuevas generaciones de estrellas.

RESTOS DE SUPERNOVAS

Los restos de una explosión de una estrella son extremadamente calientes, y siguen expandiéndose y emitiendo radiaciones durante cientos de miles de años. Se conocen restos de unas 150 supernovas. Hay imágenes de rayos X que muestran los de una supernova que explotó en 1572 en Casiopea. Lleva el nombre de Tycho Brahe, que la estudió en profundidad.

Los vestigios estelares son variados. Por ejemplo, tenemos los de la supernova Vela que pertenecen a una estrella que explotó hace 11.000 años. Su centro se encuentra aproximadamente a 1.500 a.l. del Sol. La materia, que se extendía a miles de kilómetros, entró nuevamente en colisión con gases interestelares, aumentando su temperatura y haciéndolos luminosos. La luz roja viene del hidrógeno y la azul, del oxígeno. La radiación calórica de los restos de Vela se pueden observar con telescopios de rayos X.

LAS PRINCIPALES SUPERNOVAS

Año                   Constelación                   Magnitud               Distancia en a.l.

185                   Centauro                          – 8                            9.800

386                   Sagitario                             1,5                       16.000

393                   Escorpio                             0                          34.000

1006                 Lobo                                 -9,5                         3.500

1054                 Tauro                                -5                            6.500

1181                 Casiopea                            0                             8.800

1572                 Casiopea                           -4                            7.500

1604                 Ofiucus                             -3                          12.500

1987                 Pez Espada                         2,8                      160.000

En el siglo II los chinos vieron la primera supernova, en 1.054 también fueron los chinos los que vieron  la explosión que dio lugar a la Nebulosa del Cangrejo, en 1604, Joannes Kepler observa la última supernova conocida en la Galaxia, en 1771, la Nebulosa del Cangrejo  se observa por primera vez en el catálogo de Charles Messier, ya en 1.885, Ernst Hartwig (185l-1923) descubre una brillante estrella nueva en la galaxia de Andrómeda. Es la primera supernova observada en otra galaxia. 1.934, Walter Baade y Fritz Zwicky inventan el término supernova. 1.942, La Nebulosa del Cangrejo se identifica como restos de la supernova de 1.054. Decenio de 1950, William Fowler (1911-1995) y Fred Hoyle (nacido en 1.915 y padre del término Big Bang) explican la aparición de supernovas por el agotamiento del combustible de las estrellas masivas. La Supernova 1987ª de la Gran Nube de Magallanes es la primera supernova cercana que se puede estudiar con instrumentos modernos.

Este es otro recorrido a través del tiempo de los sucesos de supernovas conocidos, y, desde luego, habrán sido muchos más de los que no tenemos datos, ni en los tiempos en que se produjeron, había aparatos para poder obtener imágenes o tomar los datos de la expansión, energías, etc.

Como ya he comentado estos días,  las explosiones de supernovas es el mecanismo de que se vale el Universo (entre otros) para mantener el equilibrio y vencer a la entropía que, generalmente y sin excepción, sólo trata de destruir pero, las supernovas se lo ponen muy difícil.

Ahora, y también a petición de muchos, vuelvo a referirme a las fuerzas fundamentales que rigen en el Universo:

–Nuclear fuerte

Su alcance en metros: < 3 x 10^-15, se dice que la propiedad de los quarks conocida como libertad asintótica hace que la interacción entre ellos sea débil cuanto mas cerca están los unos de los otros, están confinados con los Gluones en un radio o región de

R»hc/L»10^-13 cm.

Al contrario de las otras fuerzas, esta crece con la distancia, tiene una fuerza relativa de 10⁴¹, es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico.

La partícula portadora de la fuerza es el Gluón ( Glue en Ingles, es pegamento ) que en número de ocho,  actúa como un espeso pegamento en forma de muelle que, cuanto mas se estira más fuerza genera.

La interacción nuclear fuerte es la mayor, la de más potencia de las cuatro fuerzas fundamentales, es 10² veces mayor que la fuerza electromagnética, aparece solo entre los hadrones ( protones, neutrones, etc).  Como dijimos al principio, actúa a tan corta distancia como 10^-15 metros, mediado por los mesones virtuales.

–La fuerza nuclear débil

Su alcance es de < 10^-15 metros, su fuerza relativa de 10²⁸, intervienen en la radiación radiactiva, ocurre, entre leptones ( electrones, muones, tan y los correspondientes neutrinos asociados) y en la desintegración de los hadrones, la desintegración beta de las partículas y núcleos.  Esta mediada por el intercambio de partículas virtuales, llamadas bosones vectoriales intermedio: en este caso, las partículas W⁺, W^– y  Z°.  Esta interacción se describe por la teoría electro débil que la unifica con las interacciones electromagnéticas.

–Las interacciones electromagnéticas

Tiene un alcance infinito, su fuerza relativa es de 10³⁹ , es la responsable de las fuerzas que controlan la estructura atómica, reacciones químicas y todos los fenómenos electromagnéticos.  Unen los átomos para formar moléculas, propaga la luz, las ondas de radio y otras formas de energías.

Puede explicar las fuerzas entre las partículas cargadas, pero al contrario de las interacciones gravitacionales, puede ser tanto atractiva como repulsiva.

Algunas partículas neutras se desintegran por interacciones electromagnéticas.  La interacción se puede interpretar tanto como un campo clásico de fuerzas (ley de Coulomb) como por el intercambio de unos fotones virtuales.

Igual que en las interacciones gravitatorias, el hecho de que las interacciones electromagnéticas sean de largo alcance significa que tienen una teoría clásica bien definida dada por las ecuaciones de Maxwell.

La teoría cuántica de las interacciones electromagnéticas, se describen con la electrodinámica cuántica, que es una forma sencilla de teoría gauge.

–La interacción gravitacional

La interacción gravitacional, conocida como la fuerza de gravedad, es unas 10⁴⁰ veces más débil que la interacción electromagnética,  es la más débil de todas las fuerzas de la naturaleza.

Su alcance, como el de la fuerza electromagnética, es infinito, y su fuerza relativa es de 1.  Su función es actuar entre los cuerpos que tienen masa sobre los que ejerce una fuerza atractiva en función de sus masas y de las distancias que los separa, mantienen unidos los planetas alrededor del Sol, las estrellas en las Galaxias, y nuestros pies pegados a la superficie de la Tierra.

La interacción puede ser comprendida utilizando un campo clásico en el que la intensidad de la fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia entre los cuerpos interaccionantes (Ley de Newton).

El hipotético cuanto de gravitación, el gravitón, es también un concepto útil en algunos contextos.  En la escala atómica, la fuerza gravitacional es despreciablemente débil, pero a escala cosmológica, donde las masas son enormes, es inmensamente importante para mantener el equilibrio entre los componentes del Universo.

Sin la fuerza de Gravedad, el Universo sería un completo caos, todos los planetas, estrellas y demás objetos cosmológicos estarían vagando sin rumbo por el vacío estelar y las colisiones serían lo cotidiano.

Debido a que las interacciones gravitacionales son de largo alcance, hay una teoría macroscopica bien definida, que es la relatividad general de Einstein.

Por el momento, no hay teoría cuántica de la gravedad que sea satisfactoria.  Es posible que la teoría de supercuerdas, en su versión más avanzada, conocida como teoría M, de Edward Witten, nos pueda dar una teoría cuántica de la gravedad.

Estas  cuatro fuerzas fundamentales del Universo que acabo de describir para todos ustedes, son las fuerzas que rigen en nuestro Universo.  Son las fuerzas que interaccionan con toda la materia y el comportamiento de ésta viene dado por dichas interacciones.  El universo es como es, porque las fuerzas son las que son, si alguna de estas fuerzas, fueran minimamente distintas, si la carga o la masa del electrón variaran solo una millonésima, el Universo sería otro muy distinto y, seguramente, nosotros no estaríamos aquí para contarlo.

En nombre del Nodo español para el Año Internacional de la Astronomía en 2009, me despido de todos ustedes hasta mañana.

emilio silvera.

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