{"id":16539,"date":"2017-11-09T12:32:04","date_gmt":"2017-11-09T15:32:04","guid":{"rendered":"http:\/\/www.astrofisicamas.cl\/?p=16539"},"modified":"2023-08-04T21:58:43","modified_gmt":"2023-08-04T21:58:43","slug":"nuestra-investigacion-supernovas-de-colapso-gravitatorio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrofisicamas.cl\/en\/nuestra-investigacion-supernovas-de-colapso-gravitatorio\/","title":{"rendered":"Nuestra Investigaci\u00f3n: Supernovas de colapso gravitatorio"},"content":{"rendered":"

Por Alejandro Clocchiatti, Investigador Asociado MAS, docente Instituto de Astrof\u00edsica UC<\/strong><\/em><\/h4>\n

Las supernovas son uno de los fen\u00f3menos m\u00e1s energ\u00e9ticos y llamativos del universo.<\/strong> Corresponden al final explosivo de algunos estados terminales de la evoluci\u00f3n estelar cuando las condiciones de equilibrio que hab\u00edan permitido a las estrellas evolucionar como entes relativamente\u00a0 estables por mucho tiempo se rompen. Las supernovas juegan roles significativos en la evoluci\u00f3n del universo. Sus explosiones energizan el medio interestelar de sus galaxias madres y proporcionan uno de los pocos mecanismos que existen para fabricar n\u00facleos de elementos qu\u00edmicos m\u00e1s pesados y complejos que el hierro<\/strong>. Tan importante como eso, impulsan estos nuevos elementos y los que la estrella progenitora hab\u00eda producido durante su etapa de evoluci\u00f3n estable hacia afuera, sac\u00e1ndolos del \u201cpozo\u201d gravitatorio en que permanecer\u00edan enterrados para siempre si las supernovas no existieran.<\/p>\n

Desde el punto de vista de la astronom\u00eda observacional, las explosiones de supernovas correctamente interpretadas permiten medir distancias cosmol\u00f3gicamente relevantes<\/strong>, que abarcan una fracci\u00f3n substancial del tama\u00f1o del universo. Gracias a ellas pudimos entender, finalmente, que la expansi\u00f3n de nuestro universo se est\u00e1 acelerando.<\/p>\n

El estudio observacional y te\u00f3rico de la evoluci\u00f3n estelar indica que hay varios estadios donde la estrella llega a un callej\u00f3n sin salida equilibrada posible. El que me interesa enfocar ac\u00e1 es el que les espera a las estrellas muy masivas, muy \u201cgordas\u201d, que comienzan su vida con m\u00e1s de nueve o diez veces la masa de nuestro Sol.<\/strong> Al igual que \u00e9ste, esas estrellas alcanzan su primer punto de equilibrio hidrost\u00e1tico cuando el calor y la presi\u00f3n en su centro, generados por la contracci\u00f3n gravitatoria inicial, encienden la reacci\u00f3n termonuclear que transmuta hidr\u00f3geno en helio. Por ser tan masivas, y a diferencia del Sol, consumir\u00e1n su hidr\u00f3geno muy r\u00e1pido (en millones, en vez de miles de millones, de a\u00f1os). Una vez que su \u201ccarozo\u201d central es de helio puro, la estrella comienza a descender una escalera de puntos de equilibrio en la que se contrae, se calienta, encuentra un nuevo punto de apoyo en la siguiente reacci\u00f3n nuclear exot\u00e9rmica posible. La que sigue al hidr\u00f3geno es la que transforma helio en carbono. Pero esta escalera tiene un l\u00edmite: cuando el carozo de la estrella llega a ser de hierro ya no hay m\u00e1s reacciones termonucleares posibles que entreguen energ\u00eda. La \u00fanica posibilidad de equilibrio para la estrella es seguir produciendo calor en c\u00e1scaras, como una cebolla, donde tienen lugar todas las reacciones nucleares posibles.<\/strong> Esta configuraci\u00f3n sigue depositando \u00e1tomos de hierro en el carozo que se contrae lentamente por la masa creciente hasta que la temperatura y la presi\u00f3n hacen imposible que la materia siga existiendo en forma de n\u00facleos at\u00f3micos.<\/p>\n

Eso sucede cuando el carozo de hierro alcanza la masa de, aproximadamente, una vez y media la del Sol. Hay entonces un momento, la escala de tiempo del proceso es de uno o dos segundos, donde la materia del carozo se transforma de n\u00facleos at\u00f3micos a neutrones. Pasa, en un instante, de ser un mar de part\u00edculas que agrupan a protones y neutrones a ser un\u00a0mar de neutrones. Eso implica un enorme aumento de la densidad: el carozo pasa de ser una bola con la masa de un Sol y medio y un tama\u00f1o aproximado al de la Tierra a ser una bola con una masa algo menor, pero con un tama\u00f1o parecido al de una ciudad como Santiago. Este objeto enormemente denso se conoce con el nombre de estrella de neutrones y, en caso que la explosi\u00f3n lo deje rotando a alta velocidad, ser\u00e1 tambi\u00e9n un pulsar. En el camino se crean tambi\u00e9n una enorme cantidad de neutrinos. Esa transformaci\u00f3n casi instant\u00e1nea roba a la estrella de su \u201cpiso\u201d de apoyo gravitatorio provocando la ca\u00edda de toda la masa que estaba apoyada sobre el carozo sobre el mismo carozo. (Y notemos que la masa que cae es mucho mayor que la masa del carozo).<\/p>\n

El proceso es complejo y todav\u00eda no bien entendido, pero de alguna forma, en muchos casos, la secuencia anterior resulta en explosi\u00f3n con eyecci\u00f3n de muchas masas solares de materia procesada por la estrella primero y la explosi\u00f3n despu\u00e9s<\/strong>. Hace d\u00e9cadas que los astr\u00f3nomos observacionales y te\u00f3ricos tratamos de producir una descripci\u00f3n detallada y consistente del desarrollo de estas explosiones, sin nunca lograrlo del todo. C<\/strong>ada vez que creemos haber llegado a un escenario en el que estamos de acuerdo aparece alguna idea, o alguna observaci\u00f3n, o alg\u00fan nuevo modelo, que nos hace notar que todav\u00eda nos falta alg\u00fan ingrediente significativo para tener el escenario completo. Lo frustrante de la situaci\u00f3n es que esta carencia de un entendimiento detallado nos impide vincular efectivamente las explosiones de supernovas con algunas de sus consecuencias m\u00e1s relevantes, como el enriquecimiento qu\u00edmico de las galaxias a lo largo de la evoluci\u00f3n c\u00f3smica.<\/p>\n

En este marco se inscribe el trabajo que desarrollamos con Tom\u00e1s M\u00fcller, alumno de magister de la PUC becado por el MAS, bajo la codirecci\u00f3n de Jos\u00e9 Luis Prieto, profesor de la U. Diego Portales e investigador joven del MAS, y Alejandro Clocchiatti, profesor de la PUC e investigador asociado en el MAS<\/strong> (https:\/\/arxiv.org\/abs\/1702.00416<\/a>, http:\/\/iopscience.iop.org\/article\/10.3847\/1538-4357\/aa72f1\/meta;jsessionid=A70B3639B47422A570565BC853BEC51F.c3.iopscience.cld.iop.org<\/a> ) en el que tratamos de usar los datos observables cl\u00e1sicos de que disponemos para las supernovas Tipo II Plateau<\/strong> (las que muestran un per\u00edodo de luminosidad constante) con algunas de las propiedades m\u00e1s \u00edntimas de la explosi\u00f3n, como la energ\u00eda total y la masa de \u00e1tomos de n\u00edquel eyectada. Para hacer la interpretaci\u00f3n utilizamos un modelo emp\u00edrico, \u201chol\u00edstico\u201d, de las observaciones desarrollado previamente por el profesor Prieto y O. Pejcha, investigador de la U. de Princeton, y tambi\u00e9n coautor en este trabajo.<\/p>\n

La figura muestra uno de nuestros resultados, una relativamente ruidosa correlaci\u00f3n entre la duraci\u00f3n de la fase \u201cplateau\u201d con la cantidad de n\u00edquel que la supernova volc\u00f3 al espacio interestelar. En el trabajo estudiamos una muestra de diecinueve supernovas y analizamos como la estad\u00edstica de producci\u00f3n de n\u00edquel observada se contrasta con la predicen algunos de los modelos de explosi\u00f3n m\u00e1s detallados y completos de que disponemos hoy d\u00eda. Los resultados son alentadores: dentro de las incertezas observacionales y la interpretaci\u00f3n a partir del modelo de Pejcha y Prieto, la estad\u00edstica observacional es consistente con la que predice la teor\u00eda. Si bien no tenemos todav\u00eda un modelo te\u00f3rico que nos lleve al consenso, al parecer, vamos por buen camino.<\/strong><\/p>\n

Imagen principal:\u00a0magen de la \u00abNebulosa del Cangrejo\u00bb, restos en expansi\u00f3n de una supernova\u00a0que explot\u00f3 en nuestra V\u00eda L\u00e1ctea en el a\u00f1o 1054. Sabemos que fue una\u00a0supernova de colapso\u00a0gravitatorio porque cerca del centro hay una estrella\u00a0de neutrones que gira muy r\u00e1pidamente (un pulsar), que es el remanente del\u00a0violento proceso de neutronizaci\u00f3n de la materia que desestabiliz\u00f3 la\u00a0estructura de la estrella progenitora y produjo la explosi\u00f3n.<\/p>\n

\"\"<\/a>
La correlaci\u00f3n entre la luminosidad plateau en el d\u00eda 50 despu\u00e9s de la explosi\u00f3n, Lpl, y la masa de n\u00edquel, MNi por el muestra conjunta (nuestra muestra en rojo m\u00e1s la muestra de Pejcha & Prieto 2015a,b en azul) Mostramos el mejor ajuste lineal y la amplitud intr\u00ednsica de la relaci\u00f3n con l\u00edneas s\u00f3lidas y discontinuas, respectivamente.<\/figcaption><\/figure>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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