Astronomía

¿Qué supernova ha creado el hierro que se encuentra actualmente en el núcleo de la Tierra?

¿Qué supernova ha creado el hierro que se encuentra actualmente en el núcleo de la Tierra?


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El hierro lo generan las estrellas en una parte determinada de su ciclo de vida. La Tierra contiene mucho hierro en su interior, sin embargo, está claro que este hierro no pudo haber sido generado en una estrella cercana. Si consideramos la posición actual de la Tierra como referencia, ¿dónde habrían estado hace 4.500 millones de años las estrellas que generaron el hierro que se encuentra actualmente en el núcleo de la Tierra? ¿Podemos decir que en la posición actual de la Tierra había una estrella enorme hace 4.500 millones de años? ¿Cómo llegó el hierro formado en estas viejas estrellas a la nube de gas primordial que se convirtió en el sistema solar? ¿Por cuánto tiempo viajó? ¿Podemos decir que provino de un conjunto de estrellas que vivieron (nuevamente, hace 4.5 mil millones de años) en el área que ahora llamamos el núcleo de la galaxia, por ejemplo? ¿Podemos definir el conjunto de áreas "generadoras de hierro"? ¿Podemos definir algo como la "esfera generadora de hierro del núcleo de la Tierra"?


El hierro se fabrica principalmente o es el producto de la desintegración del material procesado nuclear dentro de las supernovas.

Como la Tierra (y el sistema solar) tiene alrededor de 4.500 millones de años, las estrellas que fabricaron el hierro que se encuentra actualmente en el núcleo de la Tierra murieron hace más de 4.500 millones de años. Tenga en cuenta que el sistema solar se formó a partir de los gases que se habían enriquecido con las explosiones de supernovas de cientos de millones de estrellas, todas mezcladas.

Básicamente, hay dos categorías de estrellas que pueden haber explotado como supernovas y haber diseminado este hierro al medio interestelar y a partir de las cuales podría haberse formado el sistema solar. La primera son las estrellas masivas ($> 8-10M _ { odot} $). Estos pueden producir hierro y níquel en sus núcleos como resultado de la combustión del silicio en las etapas finales de su evolución. Luego hay un breve colapso del núcleo seguido de una explosión y la supernova resultante puede esparcir parte de este material procesado rico en hierro al espacio. Los restos de estas antiguas explosiones de supernovas podrían ser estrellas de neutrones o agujeros negros. Estos son casi imposibles de rastrear / observar ahora, pero debería haber alrededor de mil millones de ellos en nuestra galaxia.

La segunda categoría son los progenitores de las llamadas supernovas de tipo Ia. Se cree que surgen de la explosión termonuclear de una estrella enana blanca. Las enanas blancas son el punto final de la evolución de estrellas menos masivas. Las supernovas de tipo Ia productoras de hierro $> 4.500 millones de años atrás, habrían comenzado como estrellas con masas entre 1,5 y 8 $ M _ { odot} $. Estos habrían quemado hidrógeno, luego helio para producir un núcleo de carbono y oxígeno degenerado. Este núcleo simplemente se enfría y se desvanece como una estrella enana blanca en la mayoría de los casos. En las supernovas de tipo Ia, algún evento posterior en sus vidas, ya sea la transferencia de masa de un compañero o la fusión con un compañero, hizo que la enana blanca superara su masa de Chandrasekhar y desencadenara una inestabilidad que conduce al rápido consumo total de la estrella en un explosión termonuclear. Los productos de esta explosión incluyen una gran cantidad de níquel, que luego se desintegra radiactivamente en hierro. No queda nada de la enana blanca.

EDITAR: Habiendo establecido esto, podemos comenzar a ver su pregunta editada. En primer lugar, el gas y las estrellas de la galaxia orbitan básicamente el centro galáctico. El período orbital en el radio del Sol es de unos 230 millones de años, por lo que ha completado muchas órbitas galácticas. No solo eso, sino que también podría haber migrado en un radio orbital. Hay reclamaciones y contrademandas en la literatura y el problema no está resuelto. El Sol podría haberse movido hacia adentro o hacia afuera en una fracción significativa de su radio orbital galáctico actual.

Los progenitores de gran masa de las supernovas de colapso del núcleo habrán nacido (y muerto) muy cerca del plano galáctico. No ocurre lo mismo con las supernovas de tipo Ia, que tenían progenitores de vida más larga que podrían haberse movido significativamente desde el plano galáctico antes de explotar y, de hecho, habrían orbitado la galaxia muchas veces. El gas expulsado en una explosión de supernova se extiende (durante miles de años) a lo largo de decenas de años luz y se mezcla en el medio interestelar. El medio interestelar se agita y mezcla en sí mismo por la entrada de energía de estas supernovas, pero también debido al calentamiento y los vientos de otras estrellas, las mareas de la galaxia y los brazos espirales. El medio interestelar parece ser bastante homogéneo en términos de composición química, aunque existen gradientes radiales con longitudes de escala del orden de diez mil años luz.

En conclusión, lo que preguntas es casi imposible de responder. Es casi seguro que el hierro del sistema solar provino de innumerables supernovas con una variedad de progenitores, que habrían explotado en cualquier momento entre casi el nacimiento de la Galaxia hace 11-12 mil millones de años (de hecho, la tasa de supernovas era probablemente más alta en ese momento) hasta la llegada del Sol. nacimiento. Los mayores contribuyentes provendrían de esas estrellas que habitan en un anillo de muchos miles de años luz de diámetro, centrados aproximadamente en el lugar donde nació el Sol, lo que en sí mismo es incierto.


Cenizas de supernova encontradas en fósiles insinúan un evento de extinción

Se ha descubierto ceniza de supernova en fósiles creados por bacterias en la Tierra, según un nuevo estudio.

Debido a que los fósiles contienen una variedad de hierro que probablemente sea el producto de un evento de supernova que ocurrió a años luz de la Tierra, este hallazgo también sugiere que el evento podría haber jugado un papel en un evento de extinción en la Tierra, dijeron los investigadores.

Las supernovas son poderosas explosiones de estrellas gigantes moribundas. Estos estallidos son visibles hasta los rincones más lejanos del universo y son lo suficientemente brillantes como para eclipsar brevemente a todas las otras estrellas en sus galaxias anfitrionas. [Increíbles imágenes de supernovas de explosiones estelares]

Investigaciones anteriores han encontrado que las supernovas generan una variedad de hierro levemente radiactiva conocida como hierro-60. Estas explosiones cataclísmicas arrojan grandes cantidades de hierro-60 y mdash más de cinco a 10 veces la masa del sol y mdash hacia el espacio. El hierro 60 que se produce de otras formas naturales crea solo hasta una décima parte. Como tal, el hierro-60 que se encuentra en la Tierra y en la Luna probablemente sea ceniza de supernovas.

Ahora los científicos han descubierto el hierro-60 dentro de cadenas fosilizadas de cristales magnéticos de un mineral conocido como magnetita. Estos "magnetofósiles", cada uno de los cuales mide aproximadamente 90 nanómetros y mdash o milmillonésimas de metro y mdash de tamaño, fueron creados por microbios conocidos como bacterias magnetotácticas.

Estudios anteriores han sugerido que una supernova al menos a 325 años luz de la Tierra arrasó el planeta con cenizas de hierro hace unos 2 millones de años. Para buscar rastros de estos escombros, los investigadores analizaron muestras centrales de sedimentos marinos que se extrajeron del Océano Pacífico que datan de este lapso de tiempo.

Los científicos descubrieron que los magnetofósiles que contenían hierro-60 aparecieron por primera vez en las muestras del núcleo hace entre 2,6 millones y 2,8 millones de años. Aparentemente, los restos de la supernova llovieron sobre la Tierra durante unos 800.000 años, y los niveles de hierro-60 alcanzaron su punto máximo hace unos 2,2 millones de años.

"Encontrar átomos vivos de hierro-60 expulsados ​​de las entrañas de una supernova hace 2,6 millones de años dentro de magnetofósiles es asombroso", dijo el coautor del estudio Shawn Bishop, astrofísico nuclear experimental de la Universidad Técnica de Munich en Alemania. "Ser capaces de detectarlos con la fantástica sensibilidad que tenemos y mdash si me das un átomo de hierro-60 en 10 ^ 16 [10 millones de billones] de átomos estables de hierro, podemos encontrarlo y mdash es impresionante".

Los investigadores notaron que estos restos de supernova llovieron sobre la Tierra aproximadamente al mismo tiempo que un evento de extinción que se cobró moluscos como caracoles marinos y bivalvos. También ocurrió un período de enfriamiento global durante ese tiempo.

"No podemos decir nada acerca de la contribución causal de esta supernova a esta extinción, pero parece una coincidencia astronómica", dijo Bishop a Space.com.

La investigación futura puede desenterrar evidencia para apoyar o refutar este vínculo potencial entre las supernovas y las extinciones, dijo Bishop.

Los científicos detallaron sus hallazgos en línea el 10 de agosto en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.


Metralla de supernova descubierta dentro de un meteorito

Se ha descubierto que un meteorito que aterrizó en la Tierra hace casi 150 años contiene metralla microscópica de una estrella que explotó aproximadamente cuando nació nuestro sistema solar.

La composición química del meteorito Orgueil, que golpeó Francia en 1864, indica que una estrella cercana explotó en una supernova hace unos 4.500 millones de años, justo cuando se estaban formando los planetas del sol. A partir de los débiles restos de la explosión estelar, los investigadores están ahora en posición de determinar qué tipo de estrella explotó.

La investigación podría resolver el misterio de por qué los niveles de un elemento metálico, el cromo, varían de un planeta y meteorito a otro.

El estudio del meteorito, que está incrustado con granos redondeados y se conoce como acondrita, fue dirigido por el investigador de la Universidad de Chicago, Nicolas Dauphas. Los hallazgos se detallan en la edición del 10 de septiembre de Astrophysical Journal.

El cuento del cromo 54

Anteriormente, los científicos creían que el cromo 54, que es un isótopo del elemento, y otros elementos químicos se dispersaron uniformemente por toda la nube de gas y polvo que colapsó para formar nuestro sistema solar.

"Era una sopa muy bien mezclada. Pero parece que algunos de los ingredientes entraron allí y no se homogeneizaron por completo, y ese es un resultado bastante interesante", dijo Bradley Meyer, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de Clemson, quien lo hizo no trabajar en la nueva investigación.

Durante cuatro décadas, los científicos plantearon la hipótesis de que una explosión de supernova ocurrió hace unos 4.500 millones de años, posiblemente desencadenando el nacimiento del sol.

"Parece probable que al menos una estrella masiva haya contribuido con material al sistema solar, o lo que se convertiría en el sistema solar, poco antes de su nacimiento", dijo Meyer en un comunicado.

Dentro del teorito, ¿rastros de los elementos químicos aluminio 26 y hierro 60? dos isótopos de vida corta que se encuentran en las rocas espaciales pero no en la Tierra? ? había llevado a los investigadores a pensar que procedían de una supernova de colapso del núcleo, que se clasifica como un evento de "Tipo II", que describe una estrella masiva que sufre un colapso interno y un estallido violento.

Una supernova de tipo II ocurre cuando una estrella al menos nueve veces más pesada que el sol quema casi todo su combustible. El motor de fusión en el centro de la estrella comienza a tartamudear, lo que desencadena un colapso interno, seguido de una violenta explosión de toda la estrella.

Por el contrario, las explosiones de supernova de Tipo Ia ocurren en la muerte de una pequeña estrella enana blanca pero extremadamente densa en un sistema binario (en el que dos estrellas se orbitan entre sí).

Se han encontrado granos de supernova de tipo II en meteoritos antes, pero hasta ahora, nunca se habían detectado marcadores residuales de una supernova de tipo Ia.

Tamizando los granos

Los científicos ahora podrán analizar los granos en el meteorito francés en busca de marcadores químicos que ayudarán a determinar qué tipo de supernova contribuyó al contenido de cromo54 de la roca.

"La prueba será medir el calcio 48", dijo Dauphas. "Se puede producir en cantidades muy grandes en el Tipo Ia, pero es muy difícil de producir en el Tipo II".

Si los granos de teorito contienen mucho calcio 48, entonces probablemente provino de una explosión de supernova Tipo Ia.

Investigadores en este campo? conocidos como cosmoquímicos? Han buscado el portador de cromo 54 durante 20 años, pero los avances recientes en instrumentación sugieren que la respuesta puede llegar pronto.

Los granos medidos en el estudio tenían menos de 100 nanómetros de diámetro, aproximadamente una milésima parte del ancho de un cabello humano.

Los hallazgos sugieren que después de que la supernova liberó estos granos en el espacio, los procesos dinámicos en el sistema solar temprano clasificaron los fragmentos por tamaño, lo que hizo que los granos se incorporaran de manera desproporcionada a los meteoritos y planetas que comenzaban a formarse alrededor del sol.

"Es notable que se pueda observar un isótopo como el cromo 54 y potencialmente descubrir mucho sobre lo que sucedió en el primer período de formación del sistema solar", dijo Meyer.


La Tierra fue sacudida por una supernova que posiblemente provocó la Edad de Hielo hace 2,5 millones de años.

El parpadeo sospechoso de la estrella Betelgeuse (no el fantasma con la mayoría) hizo que todos se pusieran nerviosos por que se convirtiera en una supernova. La paranoia que rodea a Betelegeuse se calmó cuando los científicos determinaron que no iba a explotar en el corto plazo, pero la Tierra ya ha sentido los efectos de una supernova antes.

Las estrellas que tienen al menos diez masas solares explotan al final de sus vidas. Este es el fenómeno también conocido como supernova, en el que se forman elementos pesados ​​como el hierro y el manganeso, junto con isótopos de esos elementos. Los físicos de la Universidad Técnica de Munich han descubierto que ciertos isótopos de hierro y manganeso en la corteza terrestre son evidencia de una supernova que ocurrió relativamente cerca de nuestro planeta hace 2,5 millones de años. Incluso podría haber estado relacionado con el inicio de la Edad de Hielo que congeló la Tierra casi al mismo tiempo.

Más espacio

La evidencia de supernova se escondía en capas de una corteza de ferromanganeso en el fondo del océano. Se desenterró mediante el uso de espectrometría de masas con acelerador para realizar un análisis de ultratrazas, que detectó cantidades increíblemente pequeñas de evidencia geológica en solo unos pocos átomos de los isótopos manganeso-53 (53Mn) y hierro-60 (60Fe). La espectrometría de masas con acelerador es un millón de veces más sensible que la espectrometría convencional, por lo que resultó ideal para encontrar estos isótopos. Las costras de ferromanganeso como aquella en la que se habían escondido estos isótopos solo acumulan alrededor de 1 a 2 mm de minerales del agua del océano cada millón de años.

“Para determinar las cantidades de 53Mn (vida media de 3.7 millones de años) y 60Fe (vida media de 2.6 millones de años) en las capas de la corteza, obviamente no podíamos esperar hasta que se descompusieran y mostraran una señal debido a su extrema vidas medias largas ”, Gunter Korschinek, quien dirigió un estudio publicado recientemente en Cartas de revisión física, le dijo a SYFY WIRE. "Los métodos de espectrometría de masas deben aplicarse directamente al isótopo mismo para poder medirlo".

Betelgeuse, que no se volverá 'splodey' en el corto plazo ni en ningún lugar cerca de nosotros. Crédito: NASA

Las supernovas pueden dejar evidencia de sí mismas debido a los procesos físicos que tienen lugar durante la agonía de las estrellas masivas. Se cree que la nucleosíntesis ha producido el 60Fe. Esto ocurre cuando los átomos más complejos que el hidrógeno se forman en el espacio y, en este caso, los isótopos se formaron por nucleosíntesis estelar desde que se formaron dentro de la materia estelar en explosión. El 60Fe también se puede formar cuando isótopos de hierro más ligeros roban neutrones. Se vuelve más complicado con 53Mn. Este isótopo comienza como 53Fe, que se desintegra rápidamente a 53Mn, y solo puede sintetizarse mediante un proceso que transforma el silicio en níquel, según Korschinek.

Luego, existe una posible conexión con el período de la Edad del Hielo que comenzó hace 2,5 millones de años, que es algo difícil de ignorar.

"Al principio, la caída de temperatura en la Tierra ocurrió casi al mismo tiempo que ocurrió esta supernova cercana", dijo Korschinek. “Y hay especulaciones de que un aumento de la intensidad de los rayos cósmicos en ese momento podría haber mejorado la formación de nubes. Esto podría haber producido una caída de temperatura en la Tierra y, en pasos posteriores, el comienzo de la Edad del Hielo ".

Si las nubes bloquean la luz solar y el calor, las temperaturas en la Tierra se desploman. Este es un efecto de invierno nuclear similar a lo que sucedió cuando enormes nubes de polvo y cenizas surgieron de erupciones volcánicas y oscurecieron el planeta después del impacto del asteroide Chicxulub, lo que llevó al evento de extinción masiva que finalmente destruiría a los dinosaurios. Las extinciones también podrían ocurrir por otros fenómenos si una supernova estallara demasiado cerca del Sol. La radiación ultravioleta del Sol aumentaría y también podría golpear la Tierra con rayos X letales.

Hay dos posibles candidatos que probablemente terminarán respirando por última vez cuando se hayan alejado demasiado para tener un impacto negativo en la Tierra. No debería sorprender que Betelgeuse sea una de estas estrellas, y la otra es IK Pegasi, un sistema estelar binario de una estrella y una enana blanca que eventualmente se estrellará y arderá. Lo más cerca que llegará IK Pegasi a nosotros es a 120 años luz de distancia, lo cual no es nada en términos cósmicos, pero una supernova no sucederá durante siglos después de que pase por nosotros.

“IK Pegasi se convertirá en una supernova de Tipo Ia alrededor de 1.900 millones de años a partir de ahora. El sistema estará demasiado lejos del Sol y no representará una amenaza para la biosfera de la Tierra ”, dijo Korschinek. “Se espera que Betelgeuse sufra un colapso del núcleo en cualquier momento dentro de los próximos 2 millones de años. Sin embargo. debido a que estará a unos 600 años luz de la Tierra, no deberíamos esperar ninguna amenaza de Betelgeuse cuando explote ”.

Por lo tanto, no parece que una supernova sea la guinda del pastel de basura que es 2020, si es que alguna vez lo hará. Eso debería darles a todos al menos cierto alivio de que hay una monstruosidad que es poco probable que suceda.


Una supernova superluminosa de una estrella progenitora masiva

Una imagen óptica que muestra la supernova superluminosa ASASSN-18am en las afueras de su galaxia anfitriona (marcadores verdes). La imagen fue tomada 131 días después de la explosión. Crédito: Bose et al, 2021

Las estrellas de más de ocho masas solares acaban espectacularmente su vida como supernovas. Estas supernovas de una sola estrella se denominan supernovas de colapso del núcleo porque sus núcleos densos, compuestos principalmente de hierro en esta última etapa de sus vidas, ya no pueden resistir la presión interna de la gravedad y colapsan antes de explotar. Se cree que las supernovas de colapso del núcleo que muestran fuertes líneas de emisión de hidrógeno atómico son el resultado de las explosiones de estrellas supergigantes rojas, estrellas masivas que han evolucionado más allá de su etapa principal de combustión de hidrógeno y han aumentado de radio. Hasta hace poco, los astrónomos pensaban que estas estrellas estaban relativamente inactivas hasta su desaparición final, pero se ha acumulado evidencia de que en realidad experimentan una fuerte pérdida de masa antes de explotar. En algunos modelos, se emite radiación adicional cuando las eyecciones de las supernovas encuentran estas envolturas de pérdida de masa en los choques, y las variaciones en este proceso son responsables de las diferencias observadas en la emisión de las supernovas del colapso del núcleo.

Durante la última década, se ha identificado una nueva subclase de supernovas, llamadas supernovas superluminosas (SLSNe). Pueden ser hasta diez veces más luminosas que las supernovas habituales en su punto máximo y se dividen aproximadamente en dos grupos dependiendo de si tienen una emisión de hidrógeno fuerte o débil. Sin embargo, algunos SLSNe ricos en hidrógeno no muestran signos de emisión de choque desde una envoltura, lo que aumenta la complejidad de la imagen. Las supernovas son criterios cosmológicos clave porque son muy brillantes y se pueden ver brillando en las primeras épocas del universo; la supernova más distante hasta ahora data de una época de solo unos tres mil millones de años después del Big Bang. Las distancias se determinan de manera confiable comparando las luminosidades medidas e intrínsecas, pero solo cuando las luminosidades intrínsecas se modelan con precisión. Por tanto, los astrónomos están trabajando para dar cuenta de todas las diversas clases y subclases.

El astrónomo de CfA Emilio Falco era miembro de un equipo de astrónomos que utilizó el proyecto "All-Sky Automated Survey for Supernovae" (ASAS-SN), que consta de veinticuatro telescopios en todo el mundo, para examinar automáticamente el cielo visible en busca de supernovas. El equipo, siguiendo una fuente ASASSN-18am (SN2018gk), concluye que es una supernova rara, luminosa y rica en hidrógeno, pero sin evidencia de eyecta interactuando con una envoltura. Los científicos concluyen que la estrella debe haber tenido solo un viento moderado, solo alrededor de dos diezmilésimas de masa solar por año (algunas mediciones de rayos X sugieren que podría haber sido incluso más pequeño). Los científicos estiman que la estrella progenitora probablemente tenía una masa de entre diecinueve y veintiséis masas solares.

"ASASSN-18am / SN 2018gk: una supernova de tipo IIb demasiado luminosa de un progenitor masivo" se publica en MNRAS.


Es probable que los observatorios de la NASA detecten un núcleo de supernova de 1987A buscado desde hace mucho tiempo

Los astrónomos ahora tienen evidencia de dos telescopios de rayos X (Chandra y NuSTAR) para un componente clave de. [+] un famoso remanente de supernova. Este último estudio muestra que puede estar presente una "nebulosa de viento púlsar" creada por una estrella de neutrones de este tipo.

Chandra (rayos X): NASA / CXC / Univ. di Palermo / E. Ilustración Greco: INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo / Salvatore Orlando

El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y su NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) han detectado indirectamente lo que cree que es el núcleo estelar remanente de la Supernova 1987A, la primera supernova descubierta a simple vista en más de 400 años. Ubicada en la cercana Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana ubicada a unos 170.000 años luz de distancia, la Supernova 1987A (o SN 1987A) fue vista por primera vez desde la cima de una montaña del observatorio chileno solitario el 23 de febrero de 1987.

En un artículo publicado en El diario astrofísico, un equipo internacional de astrónomos señala que después de tres décadas de búsqueda, han utilizado emisiones de rayos X para detectar el núcleo de la estrella de neutrones de la supernova. El equipo también utilizó datos del Atacama Large Millimeter Array (ALMA) en Chile para respaldar sus afirmaciones.

“Durante 34 años, los astrónomos han estado examinando los escombros estelares de SN 1987A para encontrar la estrella de neutrones que esperamos que esté allí”, dijo Emanuele Greco, de la Universidad de Palermo en Italia, dijo el líder del estudio en un comunicado. "Ha habido muchos indicios que han resultado ser callejones sin salida, pero creemos que nuestros últimos resultados podrían ser diferentes".

Estos objetos han sido apodados estrellas de neutrones, porque están hechos casi exclusivamente de neutrones densamente empaquetados, dice la NASA. Las estrellas de neutrones de rotación rápida y altamente magnetizadas, llamadas púlsares, producen un rayo de radiación similar a un faro que los astrónomos detectan como pulsos cuando su rotación barre el rayo a través del cielo, señala la agencia espacial. Sin embargo, hay un subconjunto de púlsares, dice la NASA. que producen vientos desde sus superficies, a veces casi a la velocidad de la luz, que crean intrincadas estructuras de partículas cargadas y campos magnéticos conocidos como "nebulosas de viento púlsar".

La NASA dice que la explicación más probable para esta energética emisión de rayos X es que está siendo producida por una nebulosa de viento púlsar.

La estrella que explotó el 23 de febrero en la Gran Nube de Magallanes (el progenitor de la supernova. [+] 1987A) ahora ha sido identificada. Fue catalogada por en 1969 como una estrella OB de magnitud 12 y recibió la designación Sanduleak-69 202. Las observaciones en el Observatorio Europeo Austral a mediados de la década de 1970 permitieron clasificarla como de tipo espectral B3 I, es decir, muy caliente, estrella supergigante.

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¿En cuanto al tipo de explosión de supernova que creó tal estrella de neutrones?

El escenario más probable involucra un colapso del núcleo de supernovas. Los progenitores de la supernova del colapso del núcleo son estrellas masivas que sufren el colapso del núcleo de sus núcleos de hierro. Es decir, cuando el material nuclear de la estrella simplemente ya no puede soportar el peso de la gravedad de la estrella.

De hecho, SN 1987A ofreció a los astrónomos la primera confirmación directa de que los elementos pesados ​​se producen en las supernovas.

Se sabe que SN 1987A es una supernova de colapso del núcleo de Tipo II que posteriormente dejó un remanente compacto, ya sea una estrella de neutrones o un agujero negro, como señalé aquí en una publicación anterior. Pero en el caso de SN 1987A, todavía hay cierto debate sobre si la explosión pudo haber sido causada por la fusión de dos estrellas.

Los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que la curva de luz de 1987A se comportó de manera extraña desde el principio. Por una razón, nunca se volvió tan brillante como una supernova típica de colapso del núcleo, razón por la cual se clasifica oficialmente como una supernova "peculiar" de tipo II. Eso significa que simplemente no encaja en ninguna de las subcategorías conocidas de colapso del núcleo de supernova Tipo II.

¿En cuanto a la estrella progenitora de la supernova?

Se sabe que al menos uno de sus progenitores fue Sanduleak -69 202, una estrella supergigante azul de unas 20 masas solares. Si la explosión en el corazón de la supernova fue causada por el colapso de una sola estrella azul masiva o causada por la fusión de dos estrellas permanece abierto a debate.

Pero la NASA cree que si de hecho hay un púlsar en el centro de este remanente de supernova de 34 años, sería el más joven jamás encontrado. Como resultado, será ideal para observar su desarrollo.

La esperanza es que los escombros estelares que rodean al púlsar putativo se dispersen en los próximos años. Si es así, la NASA dice que en aproximadamente una década, la emisión del púlsar emergerá sin obstrucciones, revelando la existencia de esta estrella de neutrones giratoria recientemente formada.


JAXA Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón

P. ¿Cuál es su especialidad de investigación?


Interpretación de artista y rsquos de una explosión de supernova. (cortesía: NASA / CXC / M.Weiss)

Investigo fenómenos no térmicos. Todos los fenómenos naturales en la Tierra tienen una temperatura, pero en varias partes del universo hay materia para la que no podemos medir la temperatura en absoluto. La temperatura es una medida del movimiento microscópico y ndash también conocido como energía cinética y ndash de moléculas y átomos en la materia, y la cantidad de energía cinética dicta la energía térmica. Medimos esto como temperatura.
Pero hay algunos fenómenos observados en el espacio que no se ajustan a nuestras leyes físicas vinculadas a la Tierra relacionadas con el calor y la temperatura. Estos fenómenos se denominan fenómenos no térmicos y no pueden definirse por su temperatura en grados Celsius.
Por ejemplo, se encontraron partículas no térmicas en ondas de choque de una explosión de supernova y un chorro de alta velocidad liberado desde un lugar muy cerca de un agujero negro. Estas partículas no térmicas se aceleran a una energía muy alta que no es realista en el suelo. Todavía no entendemos cómo se crean estas partículas no térmicas y cómo se aceleran.
Son las velocidades extremas y desiguales de estas partículas en el espacio las que nos hacen imposible medir su temperatura y definirlas como partículas no térmicas.

P. ¿Qué tipo de investigación le gustaría hacer con el satélite astronómico de rayos X ASTRO-H?

La característica principal de ASTRO-H & rsquos es su capacidad de observación de banda ancha. Tiene al menos diez veces más resolución de energía que los satélites tradicionales de astronomía de rayos X. A I & rsquod le gustaría hacer observaciones precisas sobre el estado cinético de los plasmas sin colisión que se ven en las ondas de choque de una explosión de supernova, para saber qué tipo de plasmas se aceleran a estados de alta energía.

P. ¿Por qué le interesan las explosiones de supernovas?


Imagen de rayos X del remanente de supernova Cassiopeia A, 330 años después de su explosión de supernova. Los rayos X se muestran de alta energía a baja energía como azul, verde y rojo. (cortesía: NASA / CXC / UMass Amherst / M.D.Stage et al.)

Imagen de rayos X del remanente de supernova de Tycho & rsquos. El área púrpura que se ve en el borde exterior es una onda de choque en la que se aceleran las partículas no térmicas de alta energía. (cortesía: NASA / CXC / Rutgers / J. Warren & amp J. Hughes et al.)

Siempre me ha interesado el hecho de que las partículas creadas a partir de una explosión de supernova se aceleran a una energía muy alta. Me atraen los fenómenos de alta energía.
Todo en la Tierra tiene una temperatura que podemos medir y definir, pero en los remanentes de supernova, no podemos medir la temperatura de las partículas de alta energía, que se denominan partículas & ldquononthermal & rdquo.
Tales fenómenos, que nunca se ven en la Tierra, hacen que las explosiones de supernovas y sus restos sean muy interesantes. Estos fenómenos no térmicos se observan universalmente en todo el espacio, y existe la posibilidad de que algo muy importante se esconda allí. Encuentro este misterio muy convincente.
Cuando miras las fotos de los remanentes de supernovas, son muy hermosas. Esa es otra razón por la que estoy tan interesado en las explosiones de supernovas.

P. ¿Qué son las explosiones de supernovas y los remanentes de supernovas?

Una explosión de supernova es un fenómeno en el que una estrella llega al final de su vida y explota. Por ejemplo, piense en una estrella "pesada", lo que significa que tiene más de diez veces la masa del Sol. Primero, una estrella se crea cuando las nubes de gas en el espacio son atraídas y contraídas por la gravedad. En el centro de una estrella, se producirá la fusión nuclear (en la que el gas hidrógeno se convierte en helio, y así sucesivamente en átomos cada vez más grandes) y generará presión hacia el exterior. Dado que esa presión y la gravedad de la estrella están bien equilibradas, la estrella puede mantener su forma. La energía de la reacción de fusión atómica crea la luz que hace brillar la estrella.
La fusión nuclear continuará hasta que se forme hierro en el núcleo de una estrella. El hierro es un núcleo atómico estable, por lo que no se producirá más fusión nuclear. Aproximadamente un millón de años después de su nacimiento, la estrella alcanza un período de destrucción conocido como "fotodisintegración ldquoiron". La presión del "ldquocore" disminuye rápidamente y la estrella, cuando ya no puede tolerar la gravedad, se rompe y explota. Esta es una explosión de supernova de una estrella pesada.
Durante la explosión de la supernova, se libera una enorme energía y las ondas de choque se extienden por el universo. Una explosión de una supernova brilla tan intensamente como una colección de 100 mil millones de estrellas. Las ondas de choque también emiten rayos X o rayos gamma (que tienen una energía incluso mayor que los rayos X). Estas ondas de choque generadas por una gran explosión de estrellas se conocen como remanentes de supernova. Una explosión de supernova en sí dura solo unos segundos, pero un remanente de supernova existirá en el espacio durante más de 100.000 años.

P. ¿Qué podemos aprender al estudiar las explosiones y los restos de supernovas?


El remanente de supernova G292.0 + 1.8. Cuando su fusión nuclear alcanza su límite, una estrella muere en una gran explosión, ya que la gravedad destruye su núcleo. Los elementos pesados ​​liberados al espacio en ese momento se convierten en el origen de la vida. En este remanente, podemos ver mucho oxígeno. (cortesía: rayos X: NASA / CXC / Penn State / S.Park et al. Óptica: Pal.Obs. DSS)

Podemos aprender cómo evolucionó el universo, cómo alcanzó su estado actual y de dónde vinieron los seres vivos. De hecho, los elementos que componen nuestro cuerpo provienen de explosiones de supernovas. Si no hubiera explosiones de supernovas, no se habrían formado seres vivos.
La mayoría de los elementos que nos rodean que son más livianos que el hierro y el ndash, como el oxígeno y el nitrógeno, se crean a través de la fusión nuclear en las estrellas. Estos elementos se esparcieron por todo el universo mediante explosiones de supernovas. Luego se cree que se reunieron para crear nuestra Tierra y todos los organismos vivos en ella.
Además, hemos aprendido que muchos elementos más pesados ​​que el hierro y el ndash llegan al elemento más pesado de la naturaleza, el uranio y el ndash, se crearon en el momento de una explosión de supernova y se dispersaron por el universo. Esto es cierto incluso en el caso del oro y la plata, a los que la humanidad otorga un valor especial. Al estudiar los restos de supernovas, podemos comprender dónde y cómo se crearon estos elementos que nos rodean.
Supernova explosions generate cosmic rays. Cosmic rays are high-energy particles flying about the universe at high speed. X-rays and high-energy gamma rays are released from supernova remnants as an indication of the existence of cosmic rays. That is to say, a leading theory is that nonthermal particles in shockwaves are cosmic rays.
Cosmic rays also do come down to Earth&rsquos surface, but even 100 years after their discovery, their origin remains unknown. Some people believe that cosmic rays play a very important role in the formation of stars. Lithium used in batteries is created from a crash between cosmic rays and interstellar gas in space. In such a way, everything is linked. So when we learn more about supernova remnants, we will be better equipped to explore and perhaps even solve the mysteries of the universe, and perhaps even of lifeforms unknown to us today. This is very interesting.


Red Supergiants

So what is a red supergiant star? Red supergiants are stars of a specific size that are nearing the end of their lives. These stars spend only about 10% of their lives as red supergiants while the prior 90% is spent as a massive main sequence star. These stars have a mass greater than 10 solar masses meaning these stars have more than ten times the mass of our sun. In these stars most of the hydrogen fuel has been exhausted and the core stops producing energy and gravity causes the core to contract. The layer of the star surrounding the core contracts and heats up to a high enough temperature to start fusing hydrogen to helium. The outer parts of the star expand as a result of the star burning hydrogen. The star is producing more energy than necessary to offset the collapse due to gravity. The outer layer expands to several hundred solar radii and the surface temperature cools as a result of the increased surface area. This temperature decrease gives the star its reddish color.

Courtesy of se.ssl.berkeley.edu


Astronomy Without A Telescope – Alchemy By Supernova

The production of elements in supernova explosions is something we take for granted these days. But exactly where and when this nucleosynthesis takes place is still unclear – and attempts to computer model core collapse scenarios still pushes current computing power to its limits.

Stellar fusion in main sequence stars can build some elements up to, and including, iron. Further production of heavier elements can also take place by certain seed elements capturing neutrons to form isotopes. Those captured neutrons may then undergo beta decay leaving behind one or more protons which essentially means you have a new element with a higher atomic number (where atomic number is the number of protons in a nucleus).

This ‘slow’ process or s-process of building heavier elements from, say, iron (26 protons) takes place most commonly in red giants (making elements like copper with 29 protons and even thallium with 81 protons).

But there’s also the rapid or r-process, which takes place in a matter of seconds in core collapse supernovae (being supernova types 1b, 1c and 2). Rather than the steady, step-wise building over thousands of years seen in the s-process – seed elements in a supernova explosion have multiple neutrons jammed in to them, while at the same time being exposed to disintegrating gamma rays. This combination of forces can build a wide range of light and heavy elements, notably very heavy elements from lead (82 protons) up to plutonium (94 protons), which cannot be produced by the s-process.

How stuff gets made in our universe. The white elements (above plutonium) can be formed in a laboratory, but it is unclear whether they form naturally - and, in any case, they decay quickly after they are formed. Credit: North Arizona University

Prior to a supernova explosion, the fusion reactions in a massive star progressively run through first hydrogen, then helium, carbon, neon, oxygen and finally silicon – from which point an iron core develops which can’t undergo further fusion. As soon as that iron core grows to 1.4 solar masses (the Chandrasekhar limit) it collapses inwards at nearly a quarter of the speed of light as the iron nuclei themselves collapse.

The rest of the star collapses inwards to fill the space created but the inner core ‘bounces’ back outwards as the heat produced by the initial collapse makes it ‘boil’. This creates a shockwave – a bit like a thunderclap multiplied by many orders of magnitude, which is the beginning of the supernova explosion. The shock wave blows out the surrounding layers of the star – although as soon as this material expands outwards it also begins cooling. So, it’s unclear if r-process nucleosynthesis happens at this point.

But the collapsed iron core isn’t finished yet. The energy generated as the core compressed inwards disintegrates many iron nuclei into helium nuclei and neutrons. Furthermore, electrons begin to combine with protons to form neutrons so that the star’s core, after that initial bounce, settles into a new ground state of compressed neutrons – essentially a proto-neutron star. It is able to ‘settle’ due to the release of a huge burst of neutrinos which carries heat away from the core.

It’s this neutrino wind burst that drives the rest of the explosion. It catches up with, and slams into, the already blown-out ejecta of the progenitor star’s outer layers, reheating this material and adding momentum to it. Researchers (below) have proposed that it is this neutrino wind impact event (the ‘reverse shock’) that is the location of the r-process.

It’s thought that the r-process is probably over within a couple of seconds, but it could still take an hour or more before the supersonic explosion front bursts through the surface of the star, delivering some fresh contributions to the periodic table.

And, for historical context, the seminal paper on the subject (also known as the B 2 FH paper) E. M. Burbidge, G. R. Burbidge, W. A. Fowler, and F. Hoyle. (1957). Synthesis of the Elements in Stars. Rev Mod Phy 29 (4): 547. (Before this nearly everyone thought all the elements formed in the Big Bang – well, everyone except Fred Hoyle anyway).


The banality of danger

In listening to these talks I was struck by how mundane the sources of these dangers were when it comes to day-to-day life. Unlike nuclear war or some lone terrorist building a super-virus (threats that Sir Martin Rees eloquently spoke of), when it comes to the climate crisis and an emerging surveillance culture, we are collectively doing it to ourselves through our own innocent individual actions. It's not like some alien threat has arrived and will use a mega-laser to drive the Earth's climate into a new and dangerous state. Nope, it's just us — flying around, using plastic bottles, and keeping our houses toasty in the winter. And it's not like soldiers in black body armor arrive at our doors and force us to install a listening device that tracks our activities. Nope, we willingly set them up on the kitchen counter because they are so dang convenient. These threats to our existence or to our freedoms are things that we are doing just by living our lives in the cultural systems we were born into. And it would take considerable effort to untangle ourselves from these systems.

So, what's next then? Are we simply doomed because we can't collectively figure out how to build and live with something different? No sé. It's possible that we are doomed. But I did find hope in the talk given by the great (and my favorite) science fiction writer Kim Stanley Robinson. He pointed to how different eras have different "structures of feeling," which is the cognitive and emotional background of an age. Robinson looked at some positive changes that emerged in the wake of the COVID pandemic, including a renewed sense that most of us recognize that we're all in this together. Perhaps, he said, the structure of feeling in our own age is about to change.


Ver el vídeo: Explosión del sol con cancion de hora de aventura de fondo (Diciembre 2022).