Los ciclos de vida de las estrellas: Cómo se forman las supernovas
Es muy poético decir que estamos hechos del polvo de las estrellas. Sorprendentemente, ¡también es cierto! Gran parte de nuestros cuerpos, y de nuestro planeta, están hechos de elementos que se crearon en las explosiones de estrellas masivas. Examinemos exactamente cómo puede ser esto.
Ciclos de vida de las estrellas
Mientras la estrella de la secuencia principal brilla, el hidrógeno de su núcleo se convierte en helio mediante la fusión nuclear. Cuando el suministro de hidrógeno en el núcleo comienza a agotarse y la estrella ya no genera calor mediante la fusión nuclear, el núcleo se vuelve inestable y se contrae. El exterior de la estrella, que sigue siendo mayoritariamente hidrógeno, comienza a expandirse. A medida que se expande, se enfría y se vuelve roja. La estrella ha alcanzado la fase de gigante roja. Es roja porque es más fría de lo que era en la fase de estrella de la secuencia principal y es una gigante porque la capa exterior se ha expandido hacia fuera. En el núcleo de la gigante roja, el helio se funde en carbono. Todas las estrellas evolucionan de la misma manera hasta la fase de gigante roja. La cantidad de masa de una estrella determina cuál de los siguientes caminos del ciclo de vida tomará a partir de ahí.
El ciclo de vida de una estrella de baja masa (óvalo de la izquierda)y de una estrella de alta masa (óvalo de la derecha).
La ilustración anterior compara los diferentes caminos evolutivos que siguen las estrellas de baja masa (como nuestro Sol) y las de alta masa después de la fase de gigante roja. En el caso de las estrellas de baja masa (lado izquierdo), después de que el helio se haya fundido en carbono, el núcleo vuelve a colapsar. Al colapsar el núcleo, las capas exteriores de la estrella son expulsadas. Las capas exteriores forman una nebulosa planetaria. El núcleo permanece como una enana blanca y finalmente se enfría para convertirse en una enana negra.
A la derecha de la ilustración se muestra el ciclo de vida de una estrella masiva (10 veces o más el tamaño de nuestro Sol). Al igual que las estrellas de baja masa, las de alta masa nacen en innebulosas y evolucionan y viven en la Secuencia Principal. Sin embargo, sus ciclos de vida comienzan a diferir después de la fase de gigante roja. Una estrella masiva sufrirá una explosión de supernova. Si el remanente de la explosión es entre 1,4 y 3 veces más masivo que nuestro Sol, se convertirá en una estrella de neutrones. El núcleo de una estrella masiva que tenga más de 3 veces la masa de nuestro Sol después de la explosión hará algo muy diferente: la fuerza de la gravedad supera las fuerzas nucleares que impiden que los protones y los neutrones se combinen. El núcleo es tragado por su propia gravedad. Ahora se ha convertido en un agujero negro que atrae fácilmente cualquier materia y energía que se acerque a él. A continuación se describe lo que ocurre entre la fase de gigante roja y la explosión de supernova.
De la gigante roja a la supernova: el camino evolutivo de las estrellas de gran masa
 Las dos supernovas, una de color amarillo rojizo y otra azul, forman una pareja cercana justo debajo del centro de la imagen (a la derecha del núcleo de la galaxia) Crédito de la imagen: C. Hergenrother, Whipple Observatory, P. Garnavich, P.Berlind, R.Kirshner (CFA). |
Cuando el núcleo contiene esencialmente sólo hierro, la fusión en el núcleo cesa, ya que el hierro es el más compacto y estable de todos los elementos. Se necesita más energía para romper el núcleo de hierro que el de cualquier otro elemento. La creación de elementos más pesados a través de la fusión del hierro requiere, por tanto, una entrada de energía en lugar de una liberación de la misma. Como ya no se irradia energía desde el núcleo, en menos de un segundo, la estrella comienza la fase final del colapso gravitatorio. La temperatura del núcleo se eleva a más de 100.000 millones de grados, ya que los átomos de hierro se aplastan entre sí. La fuerza de repulsión entre los núcleos supera la fuerza de la gravedad, y el núcleo sale del corazón de la estrella en forma de onda de choque, que vemos como una explosión de supernova. |
Cuando la onda de choque se encuentra con el material de las capas inferiores de la estrella, éste se calienta y se fusiona para formar nuevos elementos e isótopos radiactivos. Mientras que muchos de los elementos más comunes se fabrican a través de la fusión nuclear en los núcleos de las estrellas, se necesitan las condiciones inestables de la explosión de la supernova para formar muchos de los elementos más pesados.La onda de choque propulsa este material hacia el espacio.El material que se explota lejos de la estrella se conoce ahora como remanente de supernova.
El material caliente, los isótopos radiactivos, así como el núcleo sobrante de la estrella explotada, producen rayos X y rayos gamma.
Para el estudiante
Usando la información de fondo anterior, (y fuentes de información adicionales de la biblioteca o la web), haz tu propio diagrama del ciclo de vida de una estrella de gran masa.
Para el alumno
Usando el texto, y cualquier referencia externa impresa, define los siguientes términos: protoestrella, ciclo de vida, estrella de secuencia principal, gigante roja, enana blanca, enana negra, supernova, estrella de neutrones, púlsar, agujero negro, fusión, elemento, isótopo, rayos X, rayos gamma.