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LOS ÚLTIMOS MISTERIOS DE LAS SUPERNOVAS

La muerte de una estrella es uno de los espectácul­os más violentos del universo. Cuando ocurre, el brillo que se genera supera al que emite toda la galaxia y se pone en marcha un proceso que impacta en los sistemas cercanos.

- Un reportaje de MIGUEL ÁNGEL SABADELL

En marzo de este año, un equipo internacio­nal de astrónomos liderado por Peter Garnavich, astrofísic­o de la Universida­d de Notre Dame, en Indiana (EE. UU.), anunció que habían logrado registrar por primera vez en la historia el

shock breakout de una supernova, esto es, el destello secundario que provoca la onda de choque del estallido que marca la muerte más catastrófi­ca de una estrella. La explosión que la definió, bautizada como KSN 2011d, alcanzó su máximo brillo después de catorce días, y el fenómeno solo duró veinte minutos.

Semejante éxito ha exigido una buena cantidad de suerte y paciencia. Suerte, porque el telescopio espacial Kepler, con el que fue captada, contempló esa estrella durante el poco tiempo que duró el resplandor; y paciencia, porque no es nada fácil encontrarl­a entre la ingente cantidad de observacio­nes que esa herramient­a lleva a cabo.

La estrella implicada, situada a 1.200 millones de años luz, era una supergigan­te roja quinientas veces mayor que el Sol. Cuando su núcleo colapsó, se produjo una violentísi­ma liberación de energía, y se convirtió en un objeto 130 millones de veces más luminoso que el astro rey. En su momento más álgido, el brillo superó al de toda nuestra galaxia.

Pero ¿por qué ocurren estos fenómenos? Para entenderlo, debemos tener en cuenta que la vida de una estrella es, desde su nacimiento en el interior de una nube de gas y polvo interestel­ar, una lucha continua contra su propia gravedad, que tiende a concentrar toda la masa en el centro. La única forma de impedirlo es usar la energía que emana de su horno nuclear. Ahora bien, ¿qué sucede cuando agota su combustibl­e? La gra- vedad vuelve a actuar y el colapso gravitator­io amenaza su futuro. En el caso del Sol, esto sucederá cuando se termine el hidrógeno del núcleo. Ahí acabará la vida nuclear de nuestra estrella. Pero en aquellas mucho más masivas la situación es totalmente diferente: una vez consumido el hidrógeno, el núcleo se contrae, aumenta la temperatur­a y comienza la combustión del helio. Este simple hecho tiene un notable impacto en el cosmos.

En 1957, el heterodoxo astrónomo inglés Fred Hoyle firmó junto con William Fowler y el matrimonio Margaret y Geoffrey Burbidge uno de los artículos científico­s más importante­s del pasado siglo, titulado Síntesis de los elementos en las estrellas. Como su nombre indica, este describe cómo se generan en las estrellas muy masivas diferentes elementos químicos, desde el helio hasta el hierro. Hoyle descubrió uno de los procesos clave, el paso del helio al carbono. En este se libera menos energía que

UNA PUGNA ENTRE LA GRAVEDAD DEL ASTRO Y SU ENERGÍA INTERIOR

cuando se pasa del hidrógeno al helio, así que para que se mantenga la estructura de la estrella la reacción ha de ser más rápida. Antes de que se consuma todo el helio, lo que lleva cerca de un millón de años, el núcleo vuelve a contraerse para aumentar su temperatur­a, hasta que se produce la fusión del carbono y el helio en oxígeno. Una vez agotado el primero, aumenta la temperatur­a del núcleo hasta los 600 millones de grados. Además de oxígeno, se forman otros elementos, como sodio y magnesio. La estrella solo puede mantener esta reacción durante 100.000 años.

CUANDO TODO SE AGOTA, LLEGA EL COLAPSO

A continuaci­ón, le toca el turno al oxígeno, que produce silicio y azufre, en una serie de reacciones que se extienden solo 10.000 años. Esto va a ser una constante en lo que queda de vida al objeto: la reacción nuclear siguiente producirá en torno a la décima parte de energía que la anterior. Eso sí, en el momento en que comienza la fusión del silicio para producir hierro, la suerte de la estrella está echada.

Sucede de esta forma: a medida que termina la combustión del silicio, el núcleo empieza a contraerse y sube su temperatur­a por encima de los 5.000 millones de grados. La energía liberada es tan intensa que la estrella empieza a deshacer el trabajo que ha ido realizando durante toda su vida, pues los fotones generados son tan energético­s que rompen los núcleos de hierro en helio, un proceso que además roba energía a la estrella. Para poder mantener su estructura y no colapsar, el núcleo empieza a comprimirs­e cada vez más deprisa, lo que hace que aumente su densidad. Cuando llega a las 10.000 toneladas por centímetro cúbico, los electrones alcanzan la energía suficiente para convertir los protones en neutrones, y como resultado se sustrae aún más energía a la estrella.

Este proceso libera neutrinos, que escapan torrencial­mente del objeto. La pérdida de energía es rápida e inexorable y la gravedad va haciendo su trabajo, colapsando cada vez más rápidament­e el núcleo de la estrella. Esto acrecienta la densidad y dispara la creación de neutrones. Para hacernos una idea de esta huida hacia delante podemos imaginar la Tierra comprimién­dose al tamaño de Madrid en menos de un segundo.

Cuando la densidad llega a cien millones de toneladas por centímetro cúbico, los núcleos atómicos se rompen. Lo que queda es una sopa de neutrones y otras partículas subatómica­s. El núcleo, que colapsaría por acción de la gravedad, se soporta debido a la denominada presión de degeneraci­ón: el peso de la estrella, que tiende a concentrar toda la masa en el centro, no vence porque dos partículas de materia no pueden estar en el mismo sitio al mismo tiempo. Y el colapso se detiene.

TANTA ENERGÍA COMO LA QUE GENERARÁ EL SOL DURANTE SU VIDA

En distintas zonas de la estrella tienen lugar diferentes fenómenos. Mientras la parte más densa del núcleo, la central, se hunde en menos de un segundo, la región exterior se queda sin nada que la sustente y se desploma a 60.000 km/s. De pronto, esa materia en caída libre choca contra un muro cien mil millones de veces más duro que el ladrillo, el centro degenerado de neutrones, y se produce un rebote: sale disparada hacia fuera y se genera una onda de choque que viaja a 10.000 km/s.

A medida que avanza hacia el exterior, aumenta su velocidad, pues la materia con la que se va encontrand­o tiene una densidad menor. En unos minutos alcanza la superficie, lanzando la materia a miles de kilómetros por segundo y provocando un extraordin­ario brillo. En pocas semanas se origina tanta energía como la que genera el Sol en 4.500 millones de años. La estrella explota, pero no todo es destrucció­n.

En la región situada detrás de la onda de choque, rica en elementos pesados y en neutrones, se crean en pocos segundos todos los átomos por encima del hierro en la tabla periódica, como el oro, la plata, el platino y el uranio. No todo termina aquí. La materia procedente de la estrella choca contra el medio interestel­ar circundant­e, y lo calienta a una temperatur­a de un millón de grados, mientras continúa una expansión que durará milenios, hasta que 100.000 años después los restos de lo que fuera una estrella gigante se disolverán en el medio interestel­ar.

El material expulsado acabará formando nubes de gas en las que, con suerte, millones de años más tarde, aparecerán nuevas estrellas. Ese fue el origen del Sistema Solar: los átomos de calcio de nuestros huesos o los de hierro presentes en la sangre fueron cocinados en el interior de una estrella gigantesca que murió hace miles de millones de años. Se podría decir que somos hijos de sus restos.

La faceta romántica de las supernovas, por así decirlo, termina ahí, pues se trata de uno de los fenómenos astronómic­os conocidos más peligrosos, y nada podemos hacer para evitarlo. Algunos científico­s sospechan que una supernova cercana quizá fue la responsabl­e de alguna de las extincione­s masivas que han asolado nuestro planeta. Sin embargo, la única forma de saberlo con certeza es encontrar depósitos de material radiactivo que solo podría haber formado una estrella moribunda.

SE CALCULA QUE CADA 50 AÑOS OCURRE UNO DE ESTOS ESTALLIDOS EN LA VÍA LÁCTEA

A finales de los años 90, un grupo de investigad­ores de la Universida­d Técnica de Múnich, en Alemania, decidió buscarlos en el fondo marino; andaban tras la pista del isótopo radiactivo hierro-60. En 2004, apareció en un estrato de hace 2,8 millones de años, pero esa fecha no coincide con ninguna gran extinción.

UN BAÑO DE RADIACIÓN PUDO CAUSAR CÁNCER A LOS ERECTUS

En 2013, Shawn Bishop, un físico nuclear de esa misma institució­n, anunció que había encontrado pequeñas cantidades de ese compuesto en muestras de 2,2 millones de años recogidas en el Pacífico ecuatorial. Al parecer, ciertas bacterias que utilizan el hierro de su entorno para crear cristales magnéticos y orientarse dentro del campo magnético de la Tierra captaron este isótopo que les llegó, literalmen­te, llovido del cielo. Pero ¿qué supernova pudo originarlo?

Los astrónomos españoles Narciso Benítez, Jesús Maíz Apellániz y Matilde Canelles ya habían señalado en 2001 que en los últimos once millones de años se habían dado veinte supernovas en un grupo de estrellas jóvenes denominado asociación OB de Escorpio-Centauro. Algunas habían tenido lugar a solo 130 años luz.

Otros sugieren que la contaminac­ión lumínica que provocan estos fenómenos puede afectar a los animales. Por ejemplo, por diferentes estudios se sabe que hay especies que usan el resplandor de nuestro satélite para guiarse o reproducir­se, y que la cantidad de luz interviene en la producción de ciertas hormonas, como la melatonina. Entre otras cosas, esta es fundamenta­l en la regulación de los ritmos circadiano­s. Pues bien, algunas supernovas resultan más brillantes que la luna llena; una, registrada en 1006, se vio durante todo un año.

¿Podrían haber intervenid­o de alguna manera en el desarrollo de nuestros ancestros? El astrónomo Brian Thomas, de la Universida­d Washburn, en Kansas, cree que sí. Este investigad­or indica que, tras la explosión de dos supernovas hace unos dos millones de años, nuestro planeta recibió un baño de radiación tres veces superior a la que estamos expuestos de forma natural, lo que, en su opinión, incrementó las posibilida­des de que varias generacion­es de los primeros Ho

mo erectus sufrieran cáncer. Para otros científico­s, esto es bastante improbable. Los habitantes de Karunagapp­ally,

una ciudad de la India, reciben veinte veces más radiación natural que el resto del mundo, pero un estudio realizado en 2009 no encontró allí una mayor incidencia de cáncer que en otras regiones.

Cuanto más próxima se encuentre la supernova, más peligrosa resulta. Así, sus efectos serían devastador­es si a pocos cientos de años luz se diera una como la descrita por un equipo de astrónomos de la Universida­d de Ohio, la Institució­n Carnegie para la Ciencia y la Fundación Kavli. A principios de este año anunció en Science el hallazgo del mayor de estos estallidos conocido, doscientas veces superior a las supernovas normales.

EL ASTRO REY, MULTIPLICA­DO POR 570.000 MILLONES

Este tuvo lugar en junio de 2015 y fue detectado por observator­ios de todo el mundo. Su nombre es ASASSN-15lh, acrónimo del proyecto de la Universida­d de Ohio All Sky Automated Survey for Supernovae, que usa telescopio­s robóticos para rastrear el cielo. Situada a 3.800 millones de años luz, ASASSN-15lh pertenece a una nueva categoría de supernovas descubiert­as hace poco más de dos décadas y bautizadas como supernovas superlumin­osas o hipernovas –ver recuadro, en esta misma página–. Pero esta se sale de la escala: fue 570.000 millones de veces más brillante que el Sol y veinte veces más brillante que todas las estrellas de nuestra galaxia juntas. Para hacernos una idea: en los cuatro primeros meses de observació­n emitió tanta energía que para igualarla nuestro sol debería brillar ininterrum­pidamente durante 90.000 millones de años.

De esa devastador­a explosión ha quedado un objeto muy compacto de no más de 10 km. La mayoría de los astrónomos se inclina por creer que se trata de uno de los cuerpos estelares más exóticos del universo, un magnetar.

LOS MAGNETARES FUNCIONAN COMO FAROS CÓSMICOS

En esencia, un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético muy potente. Como ellas, rotan, pero lo hacen más despacio: completan una vuelta entre uno y diez segundos. Su campo magnético es el responsabl­e de que se produzcan unos caracterís­ticos estallidos de rayos X y gamma, que suceden cuando el objeto atraviesa una etapa de ajuste repentino, conocida como terremoto estelar – starquake–. Dado el número de magnetares visibles, se estima que en la Vía Láctea hay treinta millones de ellos ya inactivos, pues pierden su energía muy rápido, en unos 10.000 años.

EN 2015 SE DETECTÓ LA MAYOR EXPLOSIÓN DE SUPERNOVA CONOCIDA

 ??  ?? Una luz en el cielo. En 1054, los astrónomos chinos y árabes dejaron constancia de la explosión que creó la nebulosa del Cangrejo, a 6.300 años luz. Se expande a 1.500 km/s.
Una luz en el cielo. En 1054, los astrónomos chinos y árabes dejaron constancia de la explosión que creó la nebulosa del Cangrejo, a 6.300 años luz. Se expande a 1.500 km/s.
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 ??  ?? Hasta reventar. Las supernovas de tipo Ia se forman cuando una estrella transfiere parte de su masa a una enana blanca cercana. Cuando esta acumula el equivalent­e a más de 1,44 masas solares, se produce la explosión.
Hasta reventar. Las supernovas de tipo Ia se forman cuando una estrella transfiere parte de su masa a una enana blanca cercana. Cuando esta acumula el equivalent­e a más de 1,44 masas solares, se produce la explosión.
 ??  ?? Histórica. La supernova que formó la nebulosa Casiopea A –arriba– pudo ser la estrella que, según las crónicas, alumbró el nacimiento de Carlos II de Inglaterra, en 1630.
Histórica. La supernova que formó la nebulosa Casiopea A –arriba– pudo ser la estrella que, según las crónicas, alumbró el nacimiento de Carlos II de Inglaterra, en 1630.
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 ??  ?? KEN CRAWFORD / WWW.IMAGINGDEE­PSKY.COM / CC
KEN CRAWFORD / WWW.IMAGINGDEE­PSKY.COM / CC
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 ??  ?? Pasta estelar. Hace 40.000 años, una explosión de supernova a 3.000 años luz formó el remanente Simeis 147 o nebulosa Espagueti, por su peculiar red de filamentos.
Pasta estelar. Hace 40.000 años, una explosión de supernova a 3.000 años luz formó el remanente Simeis 147 o nebulosa Espagueti, por su peculiar red de filamentos.

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