Google+ Los Colores de la Noche: Destellos lejanos

jueves, 6 de septiembre de 2012

Destellos lejanos

A 10 millones de años luz en la galaxia NGC 6946 se han observado 8 supernovas en tan sólo 100 años.
Imagen a partir de 9 tomas de 400 segundos por telescopio 127/952 (M. Bustamante)
Si hay un suceso extremo de proporciones difíciles de imaginar en el Universo es una supernova. Desde la antigüedad se ha constatado la aparición repentina de estrellas "nuevas", astros que mantenían cierto brillo durante un tiempo para ir debilitándose hasta desaparecer. Han ocurrido ocho supernovas en nuestra galaxia de las que se tenga constancia histórica. La más famosa fue observada en el año 1.054 de nuestra era y ocurrió a unos 6.000 años luz, llegando a brillar tanto que resultaba visible a plena luz del día; de ella ha quedado la conocida nebulosa del cangrejo (formada por la materia que fue expulsada violentamente) y en su centro una estrella de neutrones pulsante.  Aún más brillante pudo ser la del año 1.006 en la constelación de Lupus, rivalizando en su brillo aparente con la Luna. Las más recientes ocurrieron en 1.572, en Casiopea -con un brillo similar al de Venus- y unas décadas después, en 1.604, en Ofiuco. Desde entonces no se ha observado otra supernova dentro de nuestra galaxia, pero sí se han detectado en otros sistemas a grandes distancias, lo que implica una emisión de energía descomunal en un periodo muy breve de tiempo. Hoy sabemos que este fenómeno está poco relacionado con el nacimiento de las estrellas (*), sino más bien con su muerte o con procesos que hacen que se produzca una violenta explosión de enorme magnitud. 

Fuera de la Vía Láctea destacan dos galaxias por ostentar el récord de supernovas en un corto espacio de tiempo: M 83 (el Molinillo Austral, en la constelación de Hydra) y NGC 6946 (en Cefeo). 



M 83

M 83 fue descubierta por el abad Lacaille en una de sus expediciones al Cabo de Buena Esperanza, entre 1.751 y 1.752. Messier la incluyó en su catálogo con el número 83 y la describió como "una nebulosa sin estrellas cercana a la cabeza del Centauro, tenue y uniforme, tan difícil de ver que la más mínima luz la hace desaparecer" (la dificultad que encontró Messier para la observación de esta galaxia está relacionada con su declinación sur, que hace que desde París se vea a menos de 10º sobre el horizonte). Con un telescopio de cierta abertura y buen cielo se puede discernir un núcleo casi estelar rodeado por una nebulosidad, y en fotografía se muestra como una bonita espiral barrada de grandes brazos que vemos casi perpendicularmente. Es una galaxia con brote estelar -que presenta una tasa de nacimiento de estrellas muy superior a lo normal- y también de las que tienen más frecuencia de supernovas. Se han observado 6 en apenas 60 años, de 1.923 a 1.983. Está a 15 millones de años luz en la constelación de la Hidra. 

M 83. Cinco tomas de 300 segundos por telescopio 127/952 (M. Bustamante)


NCG 6946

Esta galaxia situada en la constelación de Cefeo es muy parecida a M 83, encontrándose incluso algo más cerca (a unos 10 millones de años luz), pero su observación es más difícil por estar casi en la dirección de nuestro plano galáctico e interponerse por tanto mucha materia y estrellas de la Vía Láctea. Igual que M 83, es una galaxia que presenta brote estelar y también una elevada frecuencia de supernovas: ocho desde 1.917, lo que la convierte en la galaxia donde se ha observado más veces este fenómeno (fotografía al inicio del artículo). 

¿Cómo se produce una supernova?

Una supernova ocurre cuando una estrella masiva (con 1,44 veces la masa solar al menos) se colapsa tras agotar todo el combustible fusionable de su núcleo. Cuando la estrella agota el hidrógeno comienzan a darse nuevos procesos de fusión nuclear que dan lugar a nuevos elementos más pesados, que también pueden entrar en nuevos ciclos de fusión; pero el límite llega cuando sólo queda hierro y níquel. En este punto el núcleo queda inerte sin que exista una fuerza que contrarreste un inevitable colapso gravitatorio, y en cuestión de días se contrae hasta alcanzar los 3.000 millones de grados, momento en el que se comienza a producir la fotodesintegración del hierro y el níquel dando como resultado una gran cantidad de neutrones. El núcleo continúa su colapso hasta que alcanza tal estado que los electrones caen sobre los núcleos atómicos produciendo más neutrones al combinarse con los protones -de modo que sólo va quedando como núcleo una masa de neutrones hiperdensa- y provocando un flujo explosivo de neutrinos, que forman un frente de choque que al final se encontrará con las capas externas de la estrella. Y aquí vienen los fuegos artificiales: en diez segundos se genera una cantidad de energía descomunal (de hasta cien veces la energía que puede emitir el Sol en toda su vida). Una pequeña parte de esa energía es la que sale en forma de luz y  llega hasta nosotros, otra pequeña parte se transmite como energía cinética al material en expansión (el que dará lugar a la posible nebulosa), y el resto queda atrapada en el "cadáver", que puede ser una estrella de neutrones (masas entre 1,5 y 2,5 veces la del Sol) o el objeto más extraño que puebla el Universo, un agujero negro (más de 2,5 veces la masa del Sol). Esta modalidad es conocida como supernova tipo II.

Proceso de una supernova tipo II (Wikipedia)
Otro tipo de supernova es el que tiene como protagonista a un sistema binario formado por una gigante roja y una enana blanca. Las capas más externas de la gigante roja están poco ligadas a su estrella y pueden ser atraidas por la compañera. Si se activan las reacciones de fusión del hidrógeno en la capa exterior de la enana blanca al caer sobre ella el nuevo material ocurre lo que se conoce como "nova", un fenómeno menos energético y más frecuente que la supernova, que no implica la destrucción de la estrella sino sólo una reactivación temporal de sus procesos nucleares que se aprecian como un incremento repentino de brillo. Pero si el material cae con suficiente rapidez como para que la enana blanca supere el límite de las 1,44 masas solares (límite de Chandrasekhar) se desencadena el colapso de la estrella, aumentando la temperatura y presión de tal modo que repentinamente reinicia las reacciones de fusión en todas sus capas en cuestión de segundos, generando una onda de choque tan poderosa que destruye la estrella sin que quede resto alguno. La compañera -o lo que quede de ella- se verá arrojada a gran velocidad al espacio interestelar, dando lugar a lo que se conoce como "estrella fugitiva". La mayor parte de esta energía se libera en forma de luz dando lugar a un evento muy brillante.

A las supernovas que se originan en un sistema binario se les denomina tipo I.a y pueden ser las más brillantes de todas, de modo que se pueden detectar a enormes distancias, incluso en galaxias lejanas. Gracias a las que se han observado en galaxias cuya distancia era previamente conocida, se ha llegado a la conclusión de que este fenómeno sigue un patrón más o menos común y presenta una curva de luz característica. Así, mediante la medición del brillo aparente una supernova tipo I.a y conociendo su curva de luz se puede calcular su distancia y la de la galaxia que la alberga. Esto explica el interés de los astrónomos por localizar supernovas I.a en galaxias cuya distancia aún no se conoce con precisión.

Recreación artística del proceso de formación de una supernova tipo I.a (NASA)
(*) Esto hay que matizarlo. El fenómeno de una supernova en sí no tiene relación con el nacimiento de una estrella, pero su onda de choque sí puede desencadenar la condensación de una nebulosa y procesos de formación estelar. 

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