Bombas termonucleares en el universo

El universo es un lugar que a veces nos resulta violento, sobre todo porque ah¨ª fuera se manejan continuamente cantidades de energ¨ªa que escapan a nuestra experiencia cotidiana. La detecci¨®n de eventos que aterrizan en los titulares de los peri¨®dicos no es tan frecuente, solo lo hacen aquellos donde podemos ponerle superlativos a lo que se mide, ya sea lo m¨¢s brillante, cercano o aquello que se detecta por primera vez.

Hace unos d¨ªas, por ejemplo, la prensa se ha hecho eco de la detecci¨®n de una supernova de tipo II, SN 2023ixf, de esas que se forman por el colapso de estrellas masivas. Ser¨¢ porque contiene todos los ingredientes que la hacen interesante para el gran p¨²blico: es la m¨¢s cercana a la Tierra detectada en casi una d¨¦cada y el primero en verla ha sido un astr¨®nomo aficionado japon¨¦s, Koichi Itagaki, que adem¨¢s ha detectado ya 80 de ellas en su observatorio situado en las monta?as de la ciudad de Yamagata. Pero hoy no estamos aqu¨ª para cubrir la actualidad, sino que vamos a hablar de otro tipo de explosiones, las de las supernovas de Tipo Ia que por ser todas iguales nos permiten hacer medidas incre¨ªbles en el cosmos. Vayan olvid¨¢ndose de sus primos famosos, los agujeros negros o las supernovas de Tipo II, aqu¨ª estamos hoy para hablar de multitudes, de enanas blancas.

Puede resultar dif¨ªcil de creer, pero las estrellas m¨¢s peque?as que existen, y que pueden llegar a ser tan diminutas como una luna, son las responsables de las explosiones m¨¢s energ¨¦ticas que se producen en el universo. Estas estrellas en promedio son del tama?o de la Tierra, pero como contienen casi la masa del Sol, su gravedad es 10.000 veces m¨¢s alta. Al ser peque?as y no tener ya reacciones nucleares en su interior, las enanas blancas son dif¨ªciles de ver, como todas las cosas diminutas. Son objetos muy d¨¦biles en el cielo. Aunque hay muchas, much¨ªsimas, y de hecho son el producto, no solo m¨¢s com¨²n, sino uno de los m¨¢s espectaculares de la evoluci¨®n de las estrellas. Pero tambi¨¦n es curioso que no sepamos exactamente c¨®mo se produce la chispa que provoca su detonaci¨®n cuando est¨¢n en pares.

Las enanas blancas se utilizan tanto para probar la existencia de la energ¨ªa oscura y medir distancias a escalas cosmol¨®gicas como para determinar la composici¨®n qu¨ªmica de asteroides. Las m¨¢s fr¨ªas podr¨ªan tener casi la edad del universo. Est¨¢n estratificadas en elementos qu¨ªmicos en su interior por efecto de la gravedad, como el n¨²cleo de la Tierra, y sus atm¨®sferas est¨¢n tan limpias que podemos usarlas para medir de manera n¨ªtida la composici¨®n qu¨ªmica de rocas que est¨¢n cayendo en sus superficies. Y si todo lo anterior no les parece lo suficientemente fascinante, que sepan que una chispa puede hacer que detonen en explosiones tan espectaculares que las hace visibles incluso produci¨¦ndose en galaxias muy lejanas.

Las estrellas m¨¢s peque?as, tan diminutas como una luna, son las responsables de las explosiones m¨¢s energ¨¦ticas que se producen en el universo. Es curioso que no sepamos c¨®mo se produce su detonaci¨®n

En su interior, el material se comporta de un modo muy especial, por ejemplo, se puede aumentar su presi¨®n sin que aumente su temperatura y esto es algo bastante inusual para lo que estamos acostumbrados, no se comportan como casi todos los gases que nos rodean, que son gases perfectos o ideales. Y ya que no tienen temperatura suficiente para encender el siguiente combustible nuclear, en realidad una enana blanca no es una estrella (o no una estrella normal), que se define precisamente por esa fuente de energ¨ªa.

En estas estrellas manejamos densidades de m¨¢s de mil millones de veces la del aire de la atm¨®sfera. Son adem¨¢s las ¨²nicas estrellas capaces de cristalizar. Su estructura casi siempre est¨¢ compuesta de carbono y ox¨ªgeno, ya que se han deshecho de todo lo dem¨¢s en su vida previa generando las espectaculares estructuras que conocemos como nebulosas planetarias.

Su tama?o viene fijado por la mec¨¢nica cu¨¢ntica y es el principio de incertidumbre de Heisenberg el que puede explicar a grandes rasgos su estructura. Los electrones est¨¢n muy empaquetados, por lo tanto su variaci¨®n de posici¨®n es muy peque?a, lo que significa que su momento (masa por velocidad) es muy grande. Como los electrones tienen poca masa han de tener una muy alta velocidad, que es la que ejerce la presi¨®n que impide el colapso de la estrella. Cuanto m¨¢s masa tiene una enana blanca m¨¢s peque?a es.

Pero vayamos a las explosiones: podemos decir que son las m¨¢s violentas del universo liberando 10^41 KJ de energ¨ªa (un plato de lentejas contiene unos 300 KJ) en aproximadamente un segundo (esto es unos 18 ¨®rdenes de magnitud m¨¢s de energ¨ªa que la que emite el Sol en un segundo) y me niego a hacer la equivalencia en el infame TNT o las bombas nucleares. En su pico de emisi¨®n de luz, las supernovas de Tipo Ia son m¨¢s brillantes que todas las estrellas de una galaxia juntas. Por eso las podemos medir a grandes distancias.

Las supernovas de Tipo Ia son las explosiones m¨¢s violentas del universo, liberando 10^41 KJ de energ¨ªa en un segundo (unos 18 ¨®rdenes de magnitud m¨¢s de energ¨ªa que el Sol); en su pico de emisi¨®n de luz, m¨¢s brillantes que todas las estrellas de una galaxia juntas

Las condiciones de la explosi¨®n son tan extremas que resulta muy dif¨ªcil resolver los procesos f¨ªsicos involucrados desde el punto de vista computacional, por eso nuestra comprensi¨®n de estos eventos todav¨ªa es muy limitada. Por ejemplo, no tenemos una idea clara de que es lo que desencadena la explosi¨®n, en otras palabras ?qu¨¦ es lo que enciende la mecha? Los dos mecanismos que creemos pueden ser responsables implican la existencia de una estrella compa?era: o bien la compa?era le dona masa a la enana blanca hasta que supera un l¨ªmite que la hace explotar o bien dos enanas blancas se acercan tanto que acaban fusion¨¢ndose.

De momento pensemos en esta explosi¨®n extremadamente violenta como un principio no como un final, ya que el proceso convierte el carbono y el ox¨ªgeno en elementos m¨¢s pesados e implica escalas de energ¨ªa y temperatura muy superiores a nuestra experiencia cotidiana. El n¨ªquel del chocolate y las espinacas se ha producido en uno de estos eventos catastr¨®ficos en estas estrellas prodigiosas.

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, y Eva Villaver, profesora de investigaci¨®n en el Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter e Instagram, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.