Investigadores de la UC Santa Bárbara han hecho predicciones sobre el brillo de la supernova que se produciría en el cielo cuando explotara una estrella pulsante como Betelgeuse.
Betelgeuse, novena estrella más brillante en el firmamento, ha sido el centro de atención de los medios de comunicación últimamente. La supergigante roja se acerca al final de su vida, y cuando muere una estrella de más de 10 veces la masa del Sol, se apaga de manera espectacular. Con un brillo que llegó hace una semanas al punto más bajo en los últimos cien años, muchos creen que Betelgeuse pronto se convertirá en supernova, explotando en una pantalla deslumbrante que podría ser visible incluso a la luz del día.
Pero los científicos sostienen que su oscurecimiento se debe a la pulsación de la estrella. El fenómeno es relativamente común entre las supergigantes rojas, y se sabe que Betelgeuse está en este grupo desde hace décadas.
El estudiante graduado de física Jared Goldberg ha publicado un estudio con Lars Bildsten, director del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) del campus y profesor de física de Gluck, Bill Paxton, que detalla cómo la pulsación de una estrella afectará la consiguiente explosión cuando llegue el final. El artículo aparece en el Astrophysical Journal.
"Queríamos saber cómo se vería si una estrella pulsante explotara en diferentes fases de pulsación", dijo Goldberg, investigador graduado de la National Science Foundation. "Los modelos anteriores son más simples porque no incluyen los efectos dependientes del tiempo de las pulsaciones".
Cuando una estrella del tamaño de Betelgeuse finalmente se queda sin material para fusionarse en su centro, pierde la presión externa que le impidió colapsar bajo su propio peso inmenso. El colapso del núcleo resultante ocurre en medio segundo, mucho más rápido de lo que toma la superficie de la estrella y las capas externas hinchadas para darse cuenta.
A medida que el núcleo de hierro colapsa, los átomos se disocian en electrones y protones. Estos se combinan para formar neutrones, y en el proceso liberan partículas de alta energía llamadas neutrinos. Normalmente, los neutrinos apenas interactúan con otras materias: 100 billones de ellos pasan a través de su cuerpo cada segundo sin una sola colisión. Dicho esto, las supernovas se encuentran entre los fenómenos más poderosos del universo. Los números y las energías de los neutrinos producidos en el colapso del núcleo son tan inmensos que, aunque solo una pequeña fracción colisiona con el material estelar, generalmente es más que suficiente para lanzar una onda de choque capaz de explotar la estrella.
Esa explosión resultante golpea las capas externas de la estrella con una energía asombrosa, creando una explosión que puede eclipsar brevemente toda una galaxia. La explosión permanece brillante durante unos 100 días, ya que la radiación solo puede escapar una vez que el hidrógeno ionizado se recombina con los electrones perdidos para volverse neutro. Esto procede de afuera hacia adentro, lo que significa que los astrónomos ven más profundamente en la supernova a medida que pasa el tiempo hasta que finalmente la luz del centro puede escapar. En ese punto, todo lo que queda es el tenue resplandor de las consecuencias radiactivas, que pueden continuar brillando durante años.
Las características de una supernova varían con la masa de la estrella, la energía de explosión total y, lo que es más importante, su radio. Esto significa que la pulsación de Betelgeuse hace que la predicción de cómo explote sea bastante más complicada.
Los investigadores descubrieron que si toda la estrella pulsa al unísono, inhalando y exhalando, si se quiere, la supernova se comportará como si Betelgeuse fuera una estrella estática con un radio dado. Sin embargo, las diferentes capas de la estrella pueden oscilar una frente a la otra: las capas externas se expanden mientras que las capas intermedias se contraen, y viceversa.
Para el caso de pulsación simple, el modelo del equipo arrojó resultados similares a los modelos que no tenían en cuenta la pulsación. "Simplemente parece una supernova de una estrella más grande o una estrella más pequeña en diferentes puntos de la pulsación", explicó Goldberg. "Es cuando comienzas a considerar las pulsaciones que son más complicadas, donde hay cosas que se mueven al mismo tiempo que las cosas que se mueven, entonces nuestro modelo realmente produce diferencias notables", dijo.
En estos casos, los investigadores descubrieron que a medida que la luz se escapa de las capas progresivamente más profundas de la explosión, las emisiones parecerían el resultado de supernovas de estrellas de diferentes tamaños.
"La luz de la parte de la estrella que está comprimida es más tenue", explicó Goldberg, "tal como esperaríamos de una estrella más compacta y no pulsante". Mientras tanto, la luz de las partes de la estrella que se estaban expandiendo en ese momento parecería más brillante, como si viniera de una estrella más grande y no pulsante.
