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Supernova (supernovas)

Supernova (supernovas). Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

En el último video hablamos de una estrella  masiva madura, es decir, una estrella que   había empezado a formar un núcleo de hierro. Una  estrella así tiene una enorme presión interna   en el núcleo. Porque a medida que formamos  elementos cada vez más pesados en el núcleo,   este se vuelve cada vez más denso. Y si seguimos  fusionando más y más elementos en hierro,   este núcleo de hierro se vuelve más y más masivo,  más y más denso. Se va comprimiendo. Y ojo,   esto ya no se fusiona, esto ya no es  exotérmico. Si el hierro se fusionara,   ni siquiera sería un proceso exotérmico,  requeriría energía. Así que ni siquiera   puede defenderse de esta compresión, de  este aumento de la densidad del núcleo. Así que tenemos hierro por aquí que  simplemente se vuelve más y más masivo,   más y más denso. Y así, cuando llega a una  cantidad de masa bastante alta, lo único que   impide que colapse completamente es... la  presión de degeneración de electrones como   comúnmente se llama. Así que vamos a escribirlo  aquí, presión de degeneración de electrones. Esto significa que tenemos todos estos  átomos de hierro acercándose mucho,   mucho, mucho entre sí. Y lo único  que impide que colapsen en esta   etapa inicial es que tienen estos  electrones que se comprimen entre   sí. Ten en cuenta que estamos hablando de  estados de materia increíblemente densos. Básicamente, podemos decir que la presión  de degeneración de electrones hace que   estos electrones no quieran estar en el mismo  lugar al mismo tiempo. No voy a entrar en los   detalles de la mecánica cuántica. Pero ya  no se pueden comprimir más. Así que eso,   al menos temporalmente, impide que  esto colapse aún más. Y en el caso   de una estrella menos masiva, de una enana blanca,   así es como mantiene su forma, gracias a  la presión de degeneración de electrones. Pero a medida que este núcleo  de hierro se hace más masivo,   más denso, y tenemos más y más presión  gravitacional -así que este es nuestro núcleo,   ahora- con el tiempo, incluso esta degeneración  de electrones cede. Podríamos llamarla fuerza,   o presión, es decir, es esta presión  externa, lo que impide que colapse. Y entonces tenemos algo que se llama captura  de electrones, es decir, los electrones son   capturados por protones en el núcleo. Comienzan  a colapsar en los núcleos, y es lo contrario de   la desintegración beta negativa, donde los  electrones son capturados y los protones se   convierten en neutrones. Se liberan neutrinos  y también se libera una enorme cantidad de   energía. Así que esto ocurre temporalmente y  luego, de repente, todo esto colapsa aún más,   y todos los protones se convierten en neutrones  porque están capturando electrones. Así que   finalmente lo que ocurre es que el núcleo colapsa  y se convierte en un cúmulo denso de neutrones. Puedes verlos como un solo  átomo muy, muy, muy masivo,   porque es un cúmulo denso de neutrones. Al  mismo tiempo, cuando se produce este colapso,   se libera una enorme cantidad de  energía en forma de neutrinos. Los electrones son capturados por los protones,   los protones se convierten en neutrones  -este cúmulo denso de neutrones de aquí-   y en el proceso se liberan neutrinos,  estas partículas fundamentales. No vamos   a entrar en detalles por aquí. Pero se  libera una enorme cantidad de energía. Y en realidad todavía no se entiende muy muy bien  toda esta dinámica de aquí. Ya que al mismo tiempo   que este núcleo de hierro está pasando por todo  este proceso, que al principio hace una especie   de pausa debido a la presión de degeneración de  los electrones. Y luego finalmente cede porque   es muy masivo. Y entonces colapsa en cúmulo  denso de neutrones. Pero cuando lo hace,   toda esta energía se libera. Y no está  claro cómo libera tanta energía, recuerda,   esta es una estrella masiva, así que tiene  una gran cantidad de masa en esta zona de   aquí. Pero es tanta la energía que hace que  el resto de la estrella explote hacia afuera   en una increíble explosión brillante o  energética. Y esto se llama supernova. Y se llama así porque viene del latín,  la palabra nova significa “nuevo”, creo,   aunque no soy un especialista en esto. Y la primera vez que se observó una nova,   pensaron que era una nueva  estrella, ya que de repente,   aparecía algo que no habían visto antes y que  parecía una estrella. No era lo suficientemente   brillante como para observarla antes, pero  luego, cuando ocurrió la nova, se volvió lo   suficientemente brillante para poder observarla.  Así que de ahí viene la idea de algo nuevo. Pero una supernova se produce cuando el núcleo  de una estrella bastante masiva colapsa. Y esa   energía se libera para hacer explotar el resto  de la estrella a velocidades increíbles. Y sólo   para darte una idea de la cantidad de  energía que se libera en una supernova,   piensa en que puede eclipsar temporalmente a toda  una galaxia. Y en una galaxia, estamos hablando   de cientos de miles de millones de estrellas.  Otra referencia es que en ese corto período de   tiempo puede liberar la misma cantidad de energía  que libera el sol en toda su existencia. Así que   estos son eventos increíblemente energéticos. Y  entonces, el material que no está en el núcleo   sale disparado de la estrella en porcentajes  considerables de la velocidad de la luz. Estamos hablando de cosas que salen disparadas  a una velocidad de hasta un 10% de la velocidad   de la luz. Eso es 30.000 kilómetros por segundo.  Eso es casi dar una vuelta alrededor de la Tierra   cada segundo. Así que estamos hablando  de eventos increíblemente energéticos. Y si la estrella original tiene... y aclaro  que estas son estimaciones aproximadas,   porque no contamos con cifras precisas, pero si  la estrella original tiene aproximadamente de 9   a 20 veces la masa del sol, entonces será una  supernova. Y el núcleo se convertirá en lo que   se llama una estrella de neutrones, que puedes  imaginar como este cúmulo denso de neutrones. Y para que te hagas una idea, será  como dos veces la masa del sol,   más o menos, una vez y media  o tres veces la masa del sol. Así que es de una vez y media a tres veces  la masa del sol en un volumen que tiene un   diámetro aproximado de decenas de kilómetros.  Tiene más o menos el tamaño de una ciudad,   el diámetro de una ciudad. Es increíblemente  denso, con el diámetro de una ciudad. Es decir,   sabemos cuánto más grande es el sol  en relación con la Tierra. Y sabemos   cuánto más grande es la Tierra en relación  a una ciudad. Entonces esto tiene una masa   mayor que el sol comprimida en el tamaño  de una ciudad, tan increíblemente densa. Ahora bien, si la estrella original es aún más  masiva, si tiene más de 20 veces la masa del sol   - así que déjame escribirlo por aquí. Si es mayor  que 20 veces la masa del sol, entonces incluso la   presión de degeneración de los neutrones, incluso  la capacidad de los neutrones para comprimir más   se agotará, y se convertirá en un agujero negro. Y  podría hacer muchos videos sobre esto, ya que, lo   que ocurre exactamente dentro de un agujero negro  en realidad es un área de investigación abierta. Pero entonces se convierte en un agujero  negro, donde toda la masa se condensa en   un punto infinitamente pequeño y denso,  –algo sumamente difícil de imaginar. Y solo para que te hagas una idea, esto  tendrá más masa incluso que tres veces la   masa del sol. Así que estamos hablando de  una cantidad increíblemente alta de masa. Y sólo para visualizar todo esto, aquí hay un  remanente de una supernova. Esta es la Nebulosa   del Cangrejo, la cual está a unos 6.500 años  luz de distancia. Así que, usando una escala   galáctica, si piensas que nuestra galaxia tiene  un diámetro de 100.000 años luz, podrías decir   que no está demasiado lejos de nosotros en estas  escalas. Pero es una distancia enorme. La estrella   más cercana a nosotros está a cuatro años luz. El  Voyager tardaría, viajando a 60.000 kilómetros por   hora, 80.000 años en llegar hasta allá. Y esos son  solo cuatro años luz. Esto está a 6.500 años luz. Pero esta supernova, se cree que ocurrió hace  1,000 años, justo en el centro. Por lo tanto,   en el centro de aquí, deberíamos tener una  estrella de neutrones. Y esta nube, la onda   de choque que se ve aquí, sigue siendo el material  que viaja desde esa supernova durante 1.000 años. Esta onda de choque, o el diámetro  de esta esfera de material,   es de seis años luz. Así que podríamos  decir que esta distancia de aquí es de   6 años luz. Así que esta es una nube de  onda de choque extremadamente grande. Y solo para responder a otra pregunta que  surgió, probablemente, en el último video,   creemos que nuestro sistema  solar comenzó a formarse,   comenzó a condensarse debido a una  onda de choque creada por una supernova   relativamente cercana a nosotros - aunque  esto todavía no se sabe muy bien realmente. Hablamos de cómo los elementos  hasta el hierro, o quizás el níquel,   pueden formarse dentro de los núcleos de las  estrellas masivas. Así que podrías imaginar   que cuando la estrella explota, gran parte  de ese material es liberado en el universo. Y por eso tenemos muchos de estos materiales  en el cuerpo. De hecho, no podríamos existir si   estos elementos más pesados no se hubieran  formado en el interior de los núcleos de   las estrellas primitivas, estrellas que han  explotado como supernovas hace mucho tiempo. Ahora la pregunta es, ¿cómo se forman estos  elementos más pesados? ¿Cómo obtenemos todos   estos otros elementos de la tabla periódica? ¿Cómo  obtenemos todos estos otros elementos más pesados? Pues se forman durante la propia supernova. Es  tan energética. Tienes todo tipo de partículas   saliendo y entrando, saliendo por la fuerza de la  onda de choque, entrando por la gravedad. Y tienes   todo tipo de mezclas de elementos formándose. Y  ahí es donde se forman los elementos más pesados. Y la mayor parte del uranio, o en realidad,  todo el uranio que hay en la Tierra - y hablaré   más de esto en futuros videos - debe haberse  formado en algún tipo de explosión de supernova,   al menos según lo que sabemos ahora. Y parece  tener unos 4.600 millones de años basándonos   en la rapidez con la que se ha descompuesto  -y hay un video sobre esto en Khan Academy-,   y por esta razón es que creemos que  nuestro sistema solar se formó por   primera vez a partir de algún  tipo de explosión de supernova,   porque ese uranio se habría formado justo en el  momento del nacimiento de nuestro sistema solar. En fin, espero que les haya parecido  interesante. Esta es una imagen fascinante,   que puedes encontrar si vas a Wikipedia y buscas  la Nebulosa del Cangrejo. Y si le das clic a la   imagen obtendrás una versión ampliada, qué es  aún más alucinante. ¡Te hará volar la mente,   porque puedes ver toda la complejidad en esa foto!