24 Ene / 2011

Introducción a la Cosmología (9): Las supernovas

Recreación artística de la explosión de una supernova. Fuente: Wikipedia
Las estrellas individuales pueden ser únicamente resueltas en nuestra propia Galaxia o en las más cercanas. Para medir distancias en galaxias cercanas podemos estudiar las estrellas cefeidas como se indicó en el post anterior pero cuando las distancias aumentan hay que buscar standard candles más brillantes o usar técnicas que no requieran la observación de estrellas individuales. De este modo nos situamos ante la posibilidad de estudiar supernovas o las propias galaxias. Una supernova aumenta repentinamente su brillo en muchos órdenes de magnitud, casi igualando al de toda la galaxia.
Supernovas Tipo Ia
Se dan en sistemas binarios de estrellas y para que se produzca una explosión supernova es necesario que los componentes estén muy cercanos. Una estrella enana blanca explota emitiendo enormes cantidades de materia y energía al espacio. Una estrella enana blanca es una estrella que ha alcanzado el final de su vida y tiene un radio comparable al de un planeta pequeño (p.e. la Tierra). Muchas estrellas de baja masa acaban sus vidas con una masa entre 0,6 y 1 masa solar. 
Normalmente la estrella compañera es una estrella gigante roja. Cualquier expansión en el desarrollo normal de la evolución de la estrella gigante roja, produce que pierda sus capas más externas, al ser éstas arrancadas y atraídas por el intenso campo gravitacional de la enana blanca, aumentando su masa. Como el sistema estelar esta en rotación, este material arrancado cae en espiral formando un disco de acrección.
El conocido como límite de Chandrasekhar, es un límite teórico superior en la masa de la enana blanca que no puede exceder. Este límite son 1,44 masas solares. En este límite la fuerza gravitatoria en la estrella supera a las fuerzas de presión interna que la mantienen en equilibrio, causando que la estrella se vuelva inestable y explote. La explosión es tan violenta que se desintegra todo el sistema.
Como todos los tipos de supernovas Ia explotan a una masa similar (1,44 masas solares), todas suelen emitir la misma cantidad de energía y por tanto su magnitud absoluta es similar. Ésto las convierte en standard candles ideales: son fácilmente visibles incluso en galaxias muy lejanas y guardan una relación de luminosidad-distancia. 
Supernovas tipo II
Este tipo de supernova ocurre cuando una estrella joven y de gran masa, ha consumido la mayor parte de su combustible nuclear. Entonces el núcleo estelar se colapsa rápidamente y ocurre una implosión, liberando una gran cantidad de energía y perdiendo sus capas exteriores al ser expulsadas al espacio. Como resto de la estrella queda únicamente lo que se conoce como estrella de neutrones. Una estrella de neutrones, que suele tener un radio de solamente ¡10 a 20 kms! está compuesta de neutrones y con densidades enormes. En algunas ocasiones la estrella de neutrones se colapsa y crea un agujero negro.
No pueden ser usadas como standard candles pues las estrellas progenitoras de este tipo de supernovas pueden ser de muchos tipos y también puede ocurrir que la explosión sea asimétrica.

Supernovas tipo Ib/Ic
Son una mezcla entre los dos tipos anteriores, pues comparten espectro con las de tipo Ia pero sin embargo el proceso físico es similar a las de tipo II. Por ello no pueden ser usadas como standard candles.
Nebulosa del Cangrejo o M1, en Tauro. Resto de la explosión de una supernova en el año 1051. Fuente NASA/ESA
Búsqueda de supernovas
Estas explosiones no pueden ser previstas y pueden ocurrir en cualquier parte del Universo. Actualmente la búsqueda de estas explosiones da mucha importancia a detectarlas antes de que alcancen el máximo de brillo y así poder disponer de toda la curva de luz. Una supernova necesita unos 19 días desde que comienza la explosión hasta que alcanza el máximo de brillo, por lo que se intenta detectar en este periodo. Los pasos que se suelen usar son:
– Tomar imágenes de gran campo con telescopios de clase 4 m
– Repetir las imágenes en un periodo de 2 semanas
– Análisis computerizado de ambas imágenes
– Si de detecta una supernova, obtener la curva de luz de la supernova y las líneas espectrales para confirmar que es de tipo Ia.
[This post participates in Carnival of Space #184 in Colony Worlds]

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