Simulación láser de supernovas

Las supernovas son uno de los más violentos fenómenos que ocurren en el universo. Normalmente una supernova es el resultado natural de la evolución de una estrella.

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Por: Vicente Aboites

Las supernovas son uno de los más violentos fenómenos que ocurren en el universo. Normalmente una supernova es el resultado natural de la evolución de una estrella.

Podemos decir, simplificando enormemente, que las estrellas se originan cuando nubes de gas estelar forman una estrella masiva, o una estrella media.

Una estrella media llegará a convertirse en una gigante roja, de allí a una nebulosa planetaria y finalmente a una enana blanca. Sin embargo, una estrella masiva evolucionará para convertirse en una supergigante roja y de allí a una supernova que a su vez puede dar origen a una estrella de neutrones o a un agujero negro. Desde luego estos son procesos que duran de millones de años. Lo interesante es que en la explosión de una supernova se libera una cantidad tremenda de energía, fácilmente se puede liberar en esta explosión toda la energía que el Sol produce a lo largo de toda su vida. Estos son fenómenos tan dramáticos han sido registrados por astrónomos del mundo desde hace siglos. Por ejemplo, en el año 185 se observó en China un intenso punto luminoso que, ahora sabemos, fue la supernova SN185. Recientemente, hace poco más de diez años, se observó la supernova SN 2006gy en el núcleo de la galaxia NGC 1260.

Esta es la segunda explosión más grande que se ha podido observar hasta la fecha, cinco veces más luminosa que cualquiera de las supernovas observadas anteriormente, su resplandor fue cincuenta mil millones de veces más intenso que el del Sol ¡algo extraordinario! Se originó por la explosión de una estrella de 150 masas solares. Resulta interesante saber que Galileo usó la supernova SN1604 como una prueba contra el dogma aristotélico imperante en esa época, en el sentido de que el cielo por ser creación divina era inmutable. ¿Cómo va a ser el cielo inmutable si acabamos de ver que surgió una estrella muy intensa que anteriormente no estaba allí? Preguntó Galileo ante la incredulidad y enojo de sus enemigos y de la Iglesia Católica, que veía a su dogma ofendido y retado por la ciencia y el conocimiento científico. Es también interesante saber que los elementos pesados de la naturaleza son formados en el interior de las explosiones de las supernovas. Por ejemplo, el elemento fierro (Fe) que tenemos en la sangre se originó en una supernova. Podemos ver que no es solamente poético decir que estamos hechos de polvo (átomos) de estrellas, sino que es un hecho científico. Somos polvo de estrellas.

Debe ser fácilmente imaginable que es muy difícil el estudio de los fenómenos que ocurren en una supernova.  Son eventos tan lejanos, energéticos y violentos que solo podemos estudiarlos usando principalmente telescopios y cálculos computacionales basados en nuestras mejores teorías. Sin embargo, esto está cambiando. Acaba de ser publicado un artículo científico (ver: B. Musci et al. Supernova Hydrodynamics: A Lab-scale Study of the Blast-driven Instability Using High-speed Diagnostics. Astrophysical Journal. Vol. 896, June 20, 2020, p. 92.) en el que se reportan resultados experimentales simulando la explosión y la onda de choque que se produce durante el estallido de una supernova, utilizando haces láser en un laboratorio. Desde luego, el experimento reproduce en una escala minúscula lo que sucede en la realidad, sin embargo esto es suficiente para aprender cómo ocurren muchas cosas como por ejemplo la propagación de la onda de choque y la generación de campos magnéticos intensos, entre otras.

Las diferencias fundamentales entre lo que ocurre en la realidad y en el laboratorio son las siguientes: i) El fenómeno real ocurre en un diámetro inicial de 300 millones de millones de kilómetros (3 x 10’12 Km), mientras que en el laboratorio solo en 2.5 centímetros. ii) La velocidad de la onda de choque en la supernova en el vacío estelar es de 3,000 a 5,000 kilómetros por segundo, mientras que en el laboratorio es de 1,000 a 2,000 kilómetros por segundo. iii) La temperatura del plasma en expansión en la supernova es de 11,000 grados Celsius, mientras que en el laboratorio es de 5.8 millones de grados Celsius. iv) La densidad del plasma en expansión en la supernova es de 0.2 partículas por centímetro cúbico, mientras que en el laboratorio es de 50 x 10’18 partículas por centímetro cúbico.

A pesar de estas diferencias (y tomándolas cuidadosamente en cuenta) se pueden determinar parámetros importantes para explicar lo que ocurre durante la explosión de una supernova y ajustar los modelos teóricos y computacionales correctamente para tener una descripción más apegada a la realidad. Este es finalmente el objetivo de todo trabajo científico. La comprensión del universo en que vivimos.

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