Colapso del núcleo y supernovas

La muerte de una estrella masiva, o la ignición explosiva de una enana blanca, libera en segundos más energía de la que el Sol emite en toda su vida, superando brevemente el brillo de una galaxia y forjando y dispersando nuevos elementos.

Definition

El colapso del núcleo es la implosión catastrófica del núcleo de hierro de una estrella masiva una vez que excede la masa que su presión de degeneración puede soportar, y una supernova es la explosión luminosa resultante, ya sea de dicho colapso o de la disrupción termonuclear de una enana blanca.

Scope

El tema abarca el colapso del núcleo de hierro de una estrella masiva cuando falla el soporte por degeneración, el rebote y el mecanismo impulsado por neutrinos que puede revivir el choque estancado para producir una supernova de colapso de núcleo, la explosión termonuclear contrastante de una enana blanca como una supernova de tipo Ia, la clasificación espectral de las supernovas y los remanentes y el enriquecimiento que dejan.

Core questions

• ¿Qué desencadena el colapso del núcleo de una estrella masiva?
• ¿Cómo se convierte el colapso en una explosión?
• ¿En qué se diferencian las supernovas termonucleares y las de colapso de núcleo?
• ¿Qué dejan las supernovas?

Key concepts

• colapso del núcleo de hierro
• rebote del núcleo
• mecanismo impulsado por neutrinos
• supernova de tipo Ia
• supernova de tipo II
• remanente de supernova
• candela estándar

Key theories

Colapso del núcleo de hierro y el mecanismo de neutrinos

Cuando un núcleo de hierro excede la masa efectiva de Chandrasekhar, colapsa hasta que las densidades nucleares lo detienen, lanzando un choque que se estanca; se cree que la energía depositada por el intenso flujo de neutrinos revive el choque e impulsa la explosión, dejando una estrella de neutrones o un agujero negro.

Supernovas termonucleares de tipo Ia

Una enana blanca de carbono-oxígeno empujada hacia el límite de Chandrasekhar por acreción o fusión enciende una combustión termonuclear descontrolada que desintegra completamente la estrella; debido a que estas explosiones son altamente uniformes, sirven como indicadores de distancia cosmológica estandarizables.

Mechanisms

En una estrella masiva, el núcleo inerte de hierro crece hasta que supera la masa que la presión de degeneración puede soportar, luego colapsa en menos de un segundo; el núcleo interno se endurece a densidad nuclear y rebota, pero el choque se estanca hasta que los neutrinos que emanan de la protoestrella de neutrones depositan suficiente energía para relanzarlo, expulsando la envoltura. En una enana blanca, en cambio, la fusión descontrolada de carbono libera suficiente energía para desintegrar toda la estrella.

Clinical relevance

Las supernovas dispersan los elementos pesados que enriquecen las galaxias y siembran nuevas estrellas y planetas, impulsan choques interestelares y la aceleración de rayos cósmicos, dejan estrellas de neutrones y agujeros negros, y proporcionan, en los eventos de tipo Ia, las candelas estándar que revelaron la expansión acelerada del universo.

History

Baade y Zwicky acuñaron el término supernova en 1934 y lo vincularon a la formación de estrellas de neutrones; Colgate, Arnett, Bethe y otros desarrollaron el mecanismo impulsado por neutrinos, y la supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes proporcionó la primera detección de neutrinos de un núcleo en colapso.

Debates

Robustez del mecanismo de explosión impulsado por neutrinos

Reproducir explosiones exitosas de colapso de núcleo en simulaciones ha sido difícil durante mucho tiempo; si el calentamiento por neutrinos ayudado por inestabilidades multidimensionales es suficiente, o si la rotación y los campos magnéticos son esenciales en algunos casos, sigue siendo objeto de investigación activa.

Key figures

• Fritz Zwicky
• Walter Baade
• Hans Bethe
• Stanford Woosley

Seminal works

• woosley2002
• baade1934

Frequently asked questions

¿Por qué un núcleo en colapso explota en lugar de simplemente implosionar?

El núcleo interno se endurece repentinamente a densidad nuclear y rebota, lanzando una onda de choque; aunque este choque se estanca, el enorme flujo de neutrinos que escapan de la estrella de neutrones recién nacida puede depositar suficiente energía detrás de él para relanzar el choque y expulsar las capas externas de la estrella.

¿Todas las supernovas son iguales?

No, existen dos tipos principales: las supernovas de colapso de núcleo marcan la muerte de estrellas masivas y dejan una estrella de neutrones o un agujero negro, mientras que las supernovas de tipo Ia surgen de la disrupción termonuclear de una enana blanca y no dejan ningún remanente compacto; difieren en sus espectros y curvas de luz.