Volumen 7 - Nº38 - 1997

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Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la
Asociación Ciencia Hoy

ENSAYO

Estrellas Novas

Pedro Saizar
Universidad Tecnológica Nacional - Río Grande - Tierra del Fuego

 

A pesar de haber sido llamadas nuevos por los astrónomos medievales, las novas -y sus primas las supernovas- son el grito de agonía de estrellas moribundas.

A
B
NOVA HERCULIS 1934. DOS IMÁGENES DE UNA ESTRELLA NOVA. EN A POCO DESPUES DE ALCANZAR SU 8RILLO MÁXIMO Y EN B DOS MESES DESPUES. LAS NOVAS SE ROTULAN CON EL NOM8RE DE LA CONSTELACIÓN EN QUE APARECEN Y EL AÑO DE SU EXPLOSIÓN.

Cuando se anunció el hallazgo de Nova Cygni 1992 (una estrella del tipo nova, de la constelación del Cisne, descubierta ese año), Sumner Starrfield, profesor de astronomía en la Arizona State Uníversity, en Phoenix, e investigador principal del programa Target of Opportunity del satélite International Ultraviolentt Exlorer, verificó cuándo estaría al alcance del viejo pero eficaz telescopio orbital a su disposición y, en cuestión de horas, con ayuda de sus colegas de la NASA, lo puso a tomar las primeras imágenes. Pronto se hizo lo mismo con otros telescopios terrestres y orbitales, y se obtuvo una cobertura sin precedentes en ese tipo de acontecimiento.

Las novas han fascinado y llegado a ser objeto de veneración en muchas sociedades humanas. Aparecen sorpresivamente en la noche y se pierden en ella en cuestión de días o semanas, Luego de perturbar la inmutabilidad del cielo. Aunque los astrónomos medievales las llamaran novas, es decir, nuevas, hoy sabemos que nada tienen de tales, sino que representan el suspiro agónico de estrellas ancianas. Las novas -y sus primas cercanas, las supernovas- son el producto de explosiones estelares tan violentas que, en algunos casos, podrían llegar a divisarse desde casi cualquier parte del universo (ver recuadro 'Novas y supernovas').

En galaxias como la nuestra estallan entre veinte y treinta novas por año. Sin embargo, como la que habitamos es enorme y polvorienta, jamás descubrimos a muchas de ellas, pues la mayoría ocurre lejos del Sol y se pierde en la espesa neblina galáctica. El promedio de hallazgos a lo largo de este siglo ha sido de una a dos por año, aunque fue aumentando con el tiempo, en parte debido a la creciente popularidad y refinamiento de la astronomía como hobby. Así, dificilmente una nova que se pueda advertir pase sin ser observada, incluso antes de alcanzar su máximo brillo. De hecho, se descubrieron más novas en este siglo que en todos los anteriores juntos. No sorprende, entonces, que nuestro conocimiento del fenómeno haya crecido notablemente en las últimas décadas. La comprensión de los procesos físicos que conducen a una explosión de nova y su posterior evolución, que se ha logrado a pesar de tener lugar a enormes distancias de la Tierra, nos permite vislumbrar la contribución de estas estrellas al enriquecimiento químico del medio interestelar, importante para entender de dónde proviene el material con que se forman otras estrellas y planetas.

NOVAS Y SUPERNOVAS

Desde antiguo, se llamó supemovas a novas extraordinariamente brillantes, algunas de las cuales, como la de 1054, llegaron a competir en brillo con la Luna. Con el tiempo, el mejor conocimiento astronómico reveló que los términos son poco adecuados, pero se han conservado, tanto en el lenguaje científico como en el cotidiano. Las novas Clásicas son explosiones que ocurren como resultado de la transferencia de gas entre las partes de una estrella binaria cercana (o binaria cuyos cuerpos están próximos entre ellos): una enana blanca cuya masa es menor que 1,4 veces la del Sol acumula el gas de su compañera hasta que se desencadena la erupción. También hay novas enanas, en las que la transferencia del material y la explosión ocurren de forma diferente.

En cuanto a las supernovas, se distinguen dos clases: las supernovas de tipo 1, similares a las novas, excepto que el gas acumulado en Ja enana blanca lleva la masa de esta por encima del valor crítico de las 1,4 masas solares (conocido como masa de Chandrasekhar, por el astrofísico indio-norteamericano de ese apellido, premio Nobel de física en 1983), con lo que la estrella se desmorona sobre sí misma: Sus capas superficiales invaden abruptamente su interior y se produce una explosión catastrófica, La energía generada por tal explosión es muy superior a la que resulta de una nava y dela poco o nada del sistema original. Las supernovas de tipo JI ocurren en una estrella aislada que está a punto de morir, en la cual, en cierto momento, cesa la generación de energía en su interior y se produce el mismo desmoronamiento; si tiene más de tres masas solares, no hay fuerza conocida que detenga el derrumbe y el choque, a velocidades cercanas a la de la luz, del material más superficial con el del núcleo produce, en el lapso de segundos, una erupción tan violenta que su brillo puede ser semejante al de una galaxia entera.

Como las estrellas muy masivas son raras, pero las binarías cercanas no, es más probable ver novas que supernovas de tipo II. La última de estas ocurrió en 1542, en vida de Kepler; la última supernova que se podía ver a simple vista apareció en 1987, en la Nube Mayor de Magallanes. Los astrónomos estiman que en la Vía Láctea se deberían advertir una o dos supernovas por siglo.

 

LA NEBULOSA DEL CANGREJO EN LA CONSTELACIÓN DE TAURO (ASí LLAMADA. POR A APARIENCIA DE EXTREMIDADES DE SU ESTRUCTURA FILAMENTOSA), ES EL RESABIO DE LA EXPLOSIÓN DE LA SUPERNOVA DE 054. SE ENCUENTRA A APROXIMADAMENTE 6.000 ANOS LUZ DE LA TIERRA.

Las novas son una explosiva consecuencia de la vida en pareja. Los cuerpos de estrellas binarias que estén próximos entre si pueden deformarse por acción de la fuerza de marea. En algunos casos, esa deformación llega al punto de que gas de una estrella comienza a fluir hacia su compañera. Las características particulares de la transferencia de gas y su incorporación a la estrella receptora (proceso denominado acreción), así como las particularidades de esta, juegan un papel importante en los fenómenos observados en estos sistemas; como a menudo ocurren procesos explosivos, se los denomína binarías cataclísmícas. Las novas son una subclase de tal grupo.

Es poca la información disponible sobre los sistemas precursores de novas, porque, usualmente, se encuentran lejos y son poco conspicuos. Solamente años después de ocurrida la explosión, cuando el humo se ha dispersado, podemos tener la posibilidad de estudiarlos. Asi, se sabe que una binaria precursora de nova consiste, típicamente, en una estrella del tipo de las enanas blancas junto con otra normal, más fría, roja y pequeña que nuestro Sol. La enana blanca es más masiva (por eso ha alcanzado ese estadio antes que su compañera) y, por lo tanto, domina gravitatoriamente al sistema. Sin embargo, su masa no puede superar el límite critico de 1,4 masas solares, pues silo hiciera la explosión seria de supernova.

El proceso que conduce a una explosión de nova comienza cuando el gas de la estrella roja se ve obligado a fluir hacia la enana blanca. La columna gaseosa entra en órbita alrededor de esta y forma un disco que la rodea, similar a los anillos de Júpiter, pero con temperaturas y velocidades mucho mayores (Fig. 1) Finalmente, el gas pasa del disco a la propia enana blanca y forma una segunda atmósfera de esta o capa de acreción.

 

FIG.l. BINARIA CATACLISMICA. LAS ESCALAS Y COLORES SON UNA CRUDA APROXIMACIÓN. DONDE EL GAS DE LA COLUMNA INTERSECTA EL DISCO SE PRODUCE UNA ZONA CALIENTE, EN LA QUE SE ORIGINA LA MAYOR PARTE DE LA RADIACIÓN VISIBLE (DIBUJO: W. WELSH Y P. SAIZAR).

Sumner Starrfield, Warren Sparks yjim Truran fueron los primeros, hace veinte años, en construir modelos matemáticos de los procesos físicos que ocurren durante la explosión. Una de sus predicciones más notables fue que se obtendrían significativas cantidades de determinados elementos químicos, que se verían reflejados en la composición del material expulsado. Posteriores refinamientos llevaron a determinar que el gas de la capa de acreción se enriquece por dos mecanismos, Contaminación y nucleosíntesis. Por el primero, la violencia de la explosión contribuye a mezclar dicho gas, rico en hidrógeno, con la atmósfera de la enana blanca, rica en elementos pesados como neón, sodio, aluminio, etc. Ese gas atmosférico, sintetizado durante la larga vida de la estrella, llegó a su superficie, presumiblemente durante otros episodios violentos, antes de que se convirtiera en enana blanca, o en previas erupciones de nova.

Por el segundo mecanismo, la nucleosíntesis, la parte inferior de la capa de acreción se calienta paulatinamente hasta temperaturas de varios millones de grados, quizá a causa de un efecto de viscosidad o fricción. Alcanzada cierta temperatura crítica, se desata una reacción nuclear en cadena por la que átomos de hidrógeno se fusionan para formar otros de helio, mediante un complicado proceso que incluye núcleos de carbono, nitrógeno y oxígeno. El fenómeno ocurre también en el interior de estrellas masivas, pero en ese caso se conserva el número de átomos pesados. En las novas, en cambio, que son sistemas que no están en equilibrio termodinámico, se produce un efecto curioso: la cadena termonuclear deja núcleos residuales de nitrógeno y oxígeno. En el proceso se generan vastas cantidades de energía luminosa, algo similar a millones de explosiones nucleares simultáneas. Normalmente, ello ocurre en el interior de las estrellas, poco en una binaria como Nava Cygni 1992, las explosiones acontecen en su superficie, a flor de piel, se podría decir, y la energía liberada es más que suficiente para empujar la capa de acreción y la propia atmósfera de la enana blanca hacía afuera y expulsarías violentamente al espacío, a velocidades de miles de kilómetros por segundo. El resto de la energía generada se emite en forma de radiación electromagnética, lo que da a la nova su intenso brillo.

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