Astronomía

Mecánica de las supernovas

Mecánica de las supernovas



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¿De dónde proviene la energía de una supernova?

Tengo entendido que el núcleo de hierro se colapsa en una gran bola de neutrones, ¿es eso efectivamente una explosión nuclear del tamaño de una estrella? ¿Cómo se llama el producto de reacción?

¿Por qué el efecto se vuelve supercrítico, en lugar de encontrar alguna tasa de equilibrio de combustión? He leído una discusión de que la energía de reacción no parece ser suficiente para explicar la energía que se ve en una supernova. ¿Qué tan grande es la brecha?


La energía se deriva de la energía potencial gravitacional. El núcleo de un poco más de una masa solar colapsa del tamaño de la Tierra a un radio de 10 km. Parte de la energía gravitacional (un pequeño porcentaje) liberada se transfiere a la envoltura superpuesta y la lanza al espacio. Se produce una mayor activación debido a la desintegración radiactiva.

¿Una bola de neutrones no es una explosión nuclear del tamaño de una estrella?

No entiendo lo que quiere decir con producto de reacción. La estrella de proto-neutrones se compone principalmente de neutrones (!) Y núcleos ricos en neutrones.

El colapso se produce porque la presión de degeneración de electrones se evita mediante la neutronización (desintegración beta inversa), que elimina los electrones del gas. En ese punto, el colapso ocurre en un tiempo de caída libre de $ <1 $ segundo. No existe una "tasa de quemado" como tal; sólo un colapso y luego un "rebote del núcleo" a medida que la ecuación de estado se endurece debido a la presión de degeneración de los neutrones y la fuerte fuerza nuclear entre neutrones muy compactos.

La energía "observada" (es decir, la salida electromagnética y la energía cinética de eyección) es solo del orden del 1% de la energía liberada por el colapso gravitacional. La mayor parte emerge en forma de neutrinos invisibles. Entonces no hay brecha de energía y mucha energía para alimentar lo que se observa.


Supernova

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

Supernova, plural supernovas o supernovas, cualquiera de una clase de estrellas que explotan violentamente cuya luminosidad después de la erupción aumenta repentinamente muchos millones de veces su nivel normal.

El termino supernova se deriva de estrella nueva (Latín: “nuevo”), el nombre de otro tipo de estrella en explosión. Las supernovas se parecen a las novas en varios aspectos. Ambos se caracterizan por un brillo tremendo y rápido que dura unas pocas semanas, seguido de un oscurecimiento lento. Espectroscópicamente, muestran líneas de emisión desplazadas al azul, lo que implica que los gases calientes son expulsados ​​hacia afuera. Pero una explosión de supernova, a diferencia de un estallido de nova, es un evento cataclísmico para una estrella, uno que esencialmente termina su vida activa (es decir, generadora de energía). Cuando una estrella "se convierte en supernova", cantidades considerables de su materia, equivalentes al material de varios soles, pueden ser lanzadas al espacio con un estallido de energía tal que permita a la estrella en explosión eclipsar toda su galaxia de origen.

Las explosiones de supernovas liberan no solo enormes cantidades de ondas de radio y rayos X, sino también rayos cósmicos. Algunas explosiones de rayos gamma se han asociado con supernovas. Las supernovas también liberan muchos de los elementos más pesados ​​que forman los componentes del sistema solar, incluida la Tierra, en el medio interestelar. Los análisis espectrales muestran que la abundancia de los elementos más pesados ​​es mayor de lo normal, lo que indica que estos elementos se forman durante el curso de la explosión. La capa de un remanente de supernova continúa expandiéndose hasta que, en una etapa muy avanzada, se disuelve en el medio interestelar.


La revolución copernicana

Antes del siglo XVI, se pensaba comúnmente que la Tierra estaba en el centro del sistema solar, con todos los demás objetos celestes girando a su alrededor. Esto se conoce como modelo geocéntrico. Esta teoría, sin embargo, no coincidió con algunas observaciones confusas hechas por los astrónomos, como la trayectoria de los planetas que parecían moverse hacia atrás en sus órbitas.

Cuando observamos, desde la Tierra, los planetas alrededor del Sol, no siempre parecen moverse en una dirección en nuestro cielo. A veces, parecen girar hacia atrás durante breves períodos de tiempo. Se llama movimiento retrógrado y es una de las pruebas clave de que el Sol se encuentra en el centro del sistema solar y todos los planetas giran a su alrededor.

En 1543, el astrónomo polaco Nicolaus Copernicus propuso un modelo heliocéntrico del sistema solar en el que los planetas orbitan alrededor del Sol. Este modelo explicó la trayectoria inusual de los planetas que habían observado los astrónomos. La nueva teoría fue una de las muchas ideas revolucionarias sobre astronomía que surgieron durante el período del Renacimiento.

El trabajo de los astrónomos Tycho Brahe y Johannes Kepler condujo a una descripción precisa de los movimientos planetarios y sentó las bases de la teoría de la gravitación de Isaac Newton. Este progreso mejoró drásticamente la comprensión del universo por parte de la humanidad. Sus observaciones e investigaciones se vieron reforzadas por la invención del telescopio a principios del siglo XVII. El astrónomo italiano Galileo Galilei popularizó el uso de telescopios para estudiar y descubrir objetos celestes, incluidas las cuatro lunas más grandes de Júpiter. En su honor, se las conoce como las lunas galileanas.


La muerte de las supernovas revela un vínculo con el nacimiento de las estrellas

Crédito: Shutterstock

Anteriormente se pensaba que las moléculas y el polvo serían completamente destruidos por las tremendas explosiones de supernovas. Sin embargo, por primera vez, los científicos han descubierto que este no es realmente el caso.

Un grupo de científicos, incluidos los financiados por los proyectos SNDUST y COSMICDUST financiados por el Consejo Europeo de Investigación (ERC), han identificado dos moléculas de formilio (HCO +) y monóxido de azufre (SO) no detectadas previamente, que se encuentran en las secuelas de enfriamiento de la Supernova 1987A. Habiendo explotado originalmente en febrero de 1987, Supernova 1987A se encuentra a 163.000 años luz de distancia en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

La fábrica de polvo de un remanente de supernova muy joven

El autor principal del estudio publicado en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, El Dr. Mikako Matsuura, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff, dijo: 'Esta es la primera vez que encontramos estas especies de moléculas dentro de supernovas, lo que cuestiona nuestras suposiciones de larga data de que estas explosiones destruyen todas las moléculas y el polvo que son presente dentro de una estrella '. Acompañando a estas moléculas recientemente identificadas se encontraban compuestos como el monóxido de carbono (CO) y el óxido de silicio (SiO) que ya habían sido detectados previamente.

Encontrar estas moléculas inesperadas abre la posibilidad de que la muerte explosiva de las estrellas cree nubes de gas sobrante que se enfríen por debajo de los 200 ° C, lo que hace que los diversos elementos pesados ​​sintetizados comiencen a albergar moléculas, creando lo que se ha denominado una 'fábrica de polvo'. . Como continúa explicando el Dr. Matsuura, “Lo más sorprendente es que esta fábrica de moléculas ricas se encuentra generalmente en las condiciones en las que nacen las estrellas. Por tanto, la muerte de estrellas masivas puede conducir al nacimiento de una nueva generación ».

A medida que se crean nuevas estrellas a partir de los elementos más pesados ​​dispersados ​​durante las explosiones, este trabajo abre la posibilidad de comprender mejor la composición de estas estrellas nacientes mediante el análisis de su origen.

Una despedida celestial espectacular

La mecánica de las supernovas se conoce relativamente bien. Cuando las estrellas masivas llegan al final de su evolución estelar, esencialmente se quedan sin combustible y no les queda suficiente calor y energía para contrarrestar la fuerza de su propia gravedad. En consecuencia, las regiones exteriores de la estrella chocan contra el núcleo con una fuerza formidable, provocando la espectacular explosión y dejando atrás lo que parece ser una nueva estrella brillante, antes de que se desvanezca.

Desde su descubrimiento hace más de 30 años, los astrónomos se han enfrentado a obstáculos en la búsqueda del estudio de la Supernova 1987A, especialmente cuando se trata de investigar su núcleo más interno. Esta investigación se realizó utilizando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) que permitió al equipo explorar con notable detalle. Como la instalación con sus 66 antenas es capaz de observar longitudes de onda en milímetros, situadas entre la luz infrarroja y de radio en el espectro electromagnético, puede penetrar las nubes de polvo y gas de la supernova. Esta capacidad le permitió exponer las moléculas recién formadas.

Para ampliar sus hallazgos actuales, el equipo planea continuar usando ALMA para determinar la prevalencia de moléculas de HCO + y SO, así como explorar más a fondo las moléculas no detectadas hasta ahora.

M. Matsuura y col. Estudio espectral de ALMA de la supernova 1987A: inventario molecular, química, dinámica y nucleosíntesis explosiva, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2017). DOI: 10.1093 / mnras / stx830


Listado de cursos

A continuación se muestra una descripción de todos los cursos ofrecidos por el Departamento de Astronomía. Varios cursos solo se ofrecen cada dos semestres o cada dos años, así que consulte las ofertas del semestre actual.

Todos los cursos de Astronomía se pueden utilizar para satisfacer los requisitos del área de Ciencias Naturales. ASTR 1210 y 1220 cubren temas complementarios. Cada uno está completo en sí mismo, y un estudiante puede optar por tomar ASTR 1210 o ASTR 1220, o ambos al mismo tiempo.

Cursos de pregrado

ASTR 1210: Introducción al cielo y al sistema solar (3 créditos)

Principalmente para estudiantes que no son de ciencias.

El cielo nocturno. Breve historia de la astronomía a través de Newton. Las propiedades del sol, la tierra, la luna, los planetas, los meteoros y los cometas. El origen y evolución del sistema solar. Vida en el universo. Resultados recientes de misiones espaciales y telescopios terrestres.

ASTR 1220: Introducción a las estrellas, las galaxias y el universo (3 créditos)

Principalmente para estudiantes que no son de ciencias.

Estrellas, formación estelar y evolución. Luz, átomos y tecnologías modernas de observación. El origen de los elementos químicos. Supernovas, púlsares, estrellas de neutrones y agujeros negros. La estructura y evolución de nuestra galaxia. La naturaleza de otras galaxias. Galaxias y cuásares activos. El universo en expansión, la cosmología, el big bang y el universo temprano.

ASTR 1230: Introducción a la observación astronómica (3 créditos)

Principalmente para estudiantes que no son de ciencias.

Una clase de laboratorio independiente en la que los estudiantes trabajan individualmente o en pequeños grupos en proyectos de observación. Se hace un uso extensivo de binoculares, telescopios de 6 pulgadas a 10 pulgadas y equipo fotográfico en el observatorio estudiantil del departamento. Además, algunos proyectos utilizan computadoras para simular observaciones tomadas con telescopios mucho más grandes. Los proyectos se centran en el estudio de constelaciones, planetas, estrellas, nebulosas y galaxias. El trabajo en clase se realiza predominantemente por la noche.

ASTR 1250: Alien Worlds (3 créditos)

Los mundos alienígenas que orbitan alrededor de otras estrellas fueron objeto de especulaciones que se remontan a la antigüedad y se detectaron por primera vez en la década de 1990. Hoy en día, se conocen miles de planetas extrasolares y muestran una diversidad notable en comparación con nuestro propio sistema solar. Este curso de introducción a la astronomía para estudiantes no científicos analiza los exoplanetas conocidos: cómo se descubren, sus órbitas, propiedades físicas, formación, evolución y destino.

ASTR 1260: Amenazas desde el espacio exterior (3 créditos)

Principalmente para estudiantes no especializados en ciencias.

Este curso de introducción a la astronomía para estudiantes que no son de ciencias trata sobre fenómenos astronómicos dañinos o potencialmente dañinos como impactos de asteroides / cometas, supernovas, estallidos de rayos gamma, tormentas solares, rayos cósmicos, agujeros negros, colisiones de galaxias y el fin del universo . Se utilizarán principios físicos para evaluar los peligros involucrados.

ASTR 1270: Misterios sin resolver en el universo (3 créditos)

Principalmente para especializaciones no científicas.

El universo está lleno de profundos misterios que los astrónomos están lejos de comprender. Este curso está diseñado para ayudar a los estudiantes a comprender las limitaciones de nuestro conocimiento y por qué es tan difícil encontrar soluciones a estos misterios. Se cubrirán varios temas, aunque provocadores, que incluyen: el comienzo y el final del universo, los agujeros negros, la vida extraterrestre, la materia oscura y la energía oscura.

ASTR 1280: Los orígenes de casi todo (3 créditos)

Principalmente para estudiantes que no son de ciencias.

Desde la antigua Babilonia hasta la cosmología moderna, casi todas las culturas de la Tierra tienen historias y mitos de la creación. Es un deseo humano universal comprender de dónde venimos. En esta clase de introducción a la astronomía para estudiantes que no son de ciencias, los estudiantes explorarán los orígenes del Universo, la estructura y las galaxias, las estrellas, los planetas y la vida. El curso utilizará el contenido para ilustrar la naturaleza de la ciencia y la investigación científica.

ASTR 1290: Agujeros negros (3 créditos)

Principalmente para especializaciones no científicas.

Los agujeros negros son restos estelares tan densos que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción gravitacional. Sin embargo, los sistemas que se cree que contienen agujeros negros se encuentran entre las fuentes más brillantes del universo. En este curso introductorio, dirigido principalmente a estudiantes no especializados en ciencias, los estudiantes aprenderán los conceptos clave de la teoría de la relatividad, explorarán la naturaleza de los agujeros negros y estudiarán su importancia astrofísica. También discutiremos cómo las opiniones de los astrónomos sobre los agujeros negros evolucionaron desde un amplio escepticismo a una amplia aceptación frente a la creciente evidencia observacional de su existencia.

ASTR 1500, 1510: Seminario (1 crédito)

Un seminario diseñado principalmente para estudiantes de primer y segundo año, impartido de forma voluntaria por un miembro de la facultad. Los temas varían.

ASTR 1610: Introducción a la investigación astronómica para las especialidades en astronomía potencial y astronomía-física (1 crédito)

Destinado principalmente para las especialidades declaradas y prospectivas de Astronomía / Física y Astronomía de primer y segundo año.

Los miembros de la facultad de astronomía describirán varios proyectos de investigación. El objetivo es familiarizar a los estudiantes con el tema y los antecedentes físicos, matemáticos y computacionales requeridos de la investigación astronómica contemporánea. Se enfatizarán los posibles proyectos de investigación de pregrado a largo plazo.

ASTR 2110: Introducción a la astrofísica I (3 créditos)

Una discusión exhaustiva de los conceptos y métodos básicos del sistema solar, astronomía estelar, galáctica y extragaláctica con énfasis en la interpretación física. Desarrollos de investigación recientes como agujeros negros, púlsares, quásares y nuevas observaciones del sistema solar del programa espacial.

ASTR 2120: Introducción a la astrofísica II (3 créditos)

Una discusión exhaustiva de los conceptos y métodos básicos del sistema solar, astronomía estelar, galáctica y extragaláctica con énfasis en la interpretación física. Desarrollos de investigación recientes como agujeros negros, púlsares, quásares y nuevas observaciones del sistema solar del programa espacial.

ASTR 3130: Astronomía observacional (4 créditos)

Un curso de laboratorio que trata sobre técnicas básicas de observación en astronomía. Los estudiantes hacen uso de las instalaciones de observación en el Observatorio McCormick y en el Observatorio Fan Mountain. Las clases generalmente se dan por la noche.

ASTR 3140: Radioastronomía de observación (4 créditos)

Una introducción a las herramientas, técnicas y ciencia de la radioastronomía. La discusión incluye los fundamentos de la medición de señales de radio, radiómetros, antenas e interferómetros, complementados con mecanismos de emisión de radio de laboratorios ilustrativos y emisión de radio de transferencia radiativa simple del Sol y planetas, estrellas, fuentes galácticas y extragalácticas y el fondo cósmico de microondas.

ASTR 3340: Enseñanza de la astronomía (3 créditos)

Una clase estilo seminario que se ofrece principalmente para estudiantes que no se especializan en especialización y que planean enseñar ciencias o buscan mejorar su capacidad para comunicar ciencias de manera efectiva. Además del contenido de astronomía, los estudiantes aprenderán lecciones de astronomía basadas en conceptos efectivas.

ASTR 3410: Arqueo-Astronomía (3 créditos)

Una discusión sobre astronomía precientífica, incluida la astronomía maya, babilónica y china antigua y el significado de reliquias como Stonehenge. También se discute la utilidad de los registros antiguos en el estudio de los problemas astrofísicos actuales, como los estallidos de supernovas. El curso utiliza literatura actual de varias disciplinas que incluyen astronomía, arqueología y antropología.

ASTR 3420: Vida más allá de la Tierra (3 créditos)

La posibilidad de la existencia de métodos inteligentes de vida extraterrestre y la conveniencia de las perspectivas de comunicación interestelar para la colonización del espacio por la humanidad, la interacción de las colonias espaciales y la búsqueda de otras civilizaciones.

ASTR 3460: Desarrollo de la astronomía moderna (3 créditos)

El siglo XX vio una revolución en nuestro estudio del origen y la evolución del universo. Fue un período dinámico con la apertura del espectro electromagnético y la transición a la "Gran Ciencia". Este curso es un estudio del desarrollo de la astrofísica moderna, con énfasis en la segunda mitad del siglo XX.

ASTR 3470: Ciencia y controversia en astronomía (3 créditos)

Una evaluación crítica de temas controvertidos en ciencia y pseudociencia desde la perspectiva del astrónomo. Los métodos de la ciencia y la naturaleza de la evidencia científica con sus implicaciones para problemas astrofísicos no resueltos, vida extraterrestre, abducciones extraterrestres de ovnis, archivos X, astrología, etc.

ASTR 3480: Introducción a la cosmología (3 créditos)

Una introducción descriptiva al estudio de la última estructura y evolución del universo. Cubre la historia de la especulación cosmológica, la naturaleza de las galaxias, una introducción cualitativa a la teoría de la relatividad y la naturaleza del espacio-tiempo, los agujeros negros, los modelos del universo (big bang, estado estacionario, etc.) y los métodos para probarlos. , historia del universo.

ASTR 3880: Astronomía planetaria (3 créditos)

El objetivo de este curso es comprender los orígenes y la evolución de los cuerpos en el sistema solar. Se describirán las observaciones de atmósferas y superficies de cuerpos planetarios por telescopios terrestres y en órbita y por naves espaciales. Los temas principales serán la interpretación de datos de teledetección para atmósferas y superficies de cuerpos planetarios, la química y dinámica de las atmósferas planetarias, las interacciones de estas atmósferas con las superficies y con el plasma local, y el papel de los impactos de meteoritos y cometas en superficies de cuerpos planetarios.

ASTR 4140: Métodos de investigación en astrofísica (3 créditos)

Principalmente para estudiantes de astronomía / astrofísica. Los estudiantes estarán expuestos a un conjunto de mini proyectos intensivos en métodos de investigación, con énfasis en las áreas activas actuales de investigación astrofísica. El objetivo es preparar a los estudiantes para la investigación en astrofísica. Los temas incluirán bases de datos y manipulación de bases de datos, estudios astronómicos, estadísticas, observatorios espaciales y planificación de observaciones, introducción a las simulaciones numéricas y redacción de propuestas.

ASTR 4440: La naturaleza del descubrimiento en astronomía (3 créditos)

Este curso examina el desarrollo de la astronomía desde aproximadamente 1950 hasta el presente. Inicialmente, revisamos el desarrollo histórico de la astronomía moderna: cómo el énfasis en las fronteras de la investigación cambió con el tiempo a medida que se desarrollaban nuevas ideas e instrumentos. Discutimos la naturaleza de la creatividad científica y las condiciones que fomentan o desalientan los descubrimientos científicos y astronómicos. Esto nos lleva a analizar las condiciones en las universidades y organizaciones de investigación que promueven la investigación científica, y qué tan bien lo han logrado. Surgirán preguntas sobre cómo juzgar el éxito en estos asuntos.

Aunque algunos antecedentes en astronomía serían ventajosos para el seminario, no es necesario ya que explicaremos las cuestiones científicas básicas que se discuten.

ASTR 4810: Astrofísica (3 créditos)

Se desarrollan y aplican conceptos básicos en mecánica, física estadística, estructura atómica y nuclear y transferencia radiativa a problemas fundamentales seleccionados en las áreas de estructura estelar, atmósferas estelares, medio interestelar y astrofísica extragaláctica.

ASTR 4993: Tutorial (3 créditos)

Un estudio de un tema de especial interés para el estudiante bajo la supervisión individual de un miembro de la facultad. Puede repetirse una vez para obtener crédito.


Dr. Daniel Erenso

Una introducción general a la astronomía a través de una descripción general de planetas, estrellas, sistemas de estrellas y la estructura general del universo. Los temas se discutirán respondiendo preguntas como "¿Cómo pesas las estrellas?" y "¿Morirá el universo?" Curso común de TBR: ASTR 1030

Prerrequisito o correquisito: ASTR 1030. Introducción a la astronomía observacional mediante ejercicios de laboratorio y actividades de observación al aire libre. Los temas incluyen telescopios, el análisis de la luz de las estrellas y observaciones de estrellas y planetas. Curso común de TBR: ASTR 1032

Prerrequisito: MATH 1710, MATH 1730, MATH 1810 y MATH 1920. Estudio integral del sistema solar incluyendo modelos de formación solar y planetaria. Análisis de la composición química y la naturaleza física del Sol, planetas, lunas y cometas utilizando las matemáticas y el método científico. Concéntrese en los interiores planetarios, las superficies, las atmósferas, las interacciones solar-planetarias y la evolución del sistema solar. Discusión de misiones de naves espaciales, exploración futura del sistema solar y posibilidades de vida extraterrestre.

Requisito previo: MATEMÁTICAS 1710, MATEMÁTICAS 1730, MATEMÁTICAS 1810 y MATEMÁTICAS 1920. Un estudio completo de la astronomía estelar, galáctica y cosmológica. Analiza las teorías básicas de la formación y evolución estelar y galáctica utilizando las matemáticas y el método científico. Incluye los temas catastróficos de supernovas, estrellas de neutrones, púlsares y agujeros negros, así como la naturaleza de las galaxias, incluida la Vía Láctea, galaxias activas y quásares, y la formación y evolución de nuestro universo, la teoría del Big Bang y la posibilidad. de otra vida en el universo.

Estudio intensivo individualizado de un tema específico en astronomía o astrofísica que normalmente no se cubre en el plan de estudios estándar de licenciatura en física y astronomía. Los arreglos deben hacerse con un miembro de la facultad aprobado antes de la inscripción.

Requisito previo: PHYS 2021 o PHYS 2121 y MATH 1910 con C o mejor. Conocimientos y técnicas astronómicas modernas que utilizan principios físicos clásicos y modernos. Los posibles temas incluyen la formación de estrellas, los agujeros negros y las estrellas de neutrones, la estructura y evolución de las galaxias, la formación de sistemas planetarios y la estructura a gran escala del universo.

Requisitos previos: PHYS 2021 o PHYS 2120 o consentimiento del instructor. Principios y técnicas de adquisición y reducción de datos astronómicos. Los posibles temas de investigación incluyen fotometría, espectroscopia, aplicaciones astronómicas de detectores electrónicos y modelado por computadora.

Requisitos previos: PHYS 3100 y PHYS 3150 o aprobación del jefe de departamento. Estudio organizado y en profundidad de un tema contemporáneo de interés que normalmente no se cubre en el plan de estudios de licenciatura en física y astronomía. Los posibles temas incluyen geología planetaria, radioastronomía, atmósferas o interiores estelares, física espacial, estrellas pulsantes, materia oscura y energía, evolución galáctica y relatividad general y cosmología.

Requisito previo: Consentimiento del instructor. Estudio independiente de un problema de investigación seleccionado en astronomía. Incluye investigación experimental y / o teórica de un problema o diseño experimental importante aún inexplorado. Incluye investigación de literatura y diseño experimental / formulación y ejecución de problemas que dan como resultado una presentación oral y escrita de los resultados adecuados para su envío / presentación a una revista / conferencia adecuada. Conferencia de una hora y tiempo adicional significativo trabajando con el mentor de investigación.

Requisitos previos: ASTR 4850 y consentimiento del jefe de departamento. Se enfoca en un problema específico de investigación / diseño experimental elegido con el consentimiento del comité de tesis y con el potencial para el descubrimiento original o para el desarrollo creativo de una herramienta, técnica o instrumentación aplicable a la investigación científica. La búsqueda independiente de los objetivos de investigación descritos en una propuesta de investigación da como resultado una tesis escrita, cuya aprobación incluirá una defensa oral. Conferencia de una hora y redacción independiente de tesis.


Para encontrar vida en nuestra galaxia, sigue el fósforo

Una nueva investigación sobre la composición de los remanentes de supernova sugiere que el fósforo podría estar aislado en partes de la galaxia y el fósforo es un requisito para la vida tal como la conocemos.

(Imagen: Una estrella guía láser proyectada en el cielo nocturno desde el Telescopio William Herschel en el Observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma en las Islas Canarias).

Cuando los astrónomos buscan partes de la galaxia que podrían contener vida, generalmente buscan elementos como oxígeno y carbono. Pero otro elemento esencial para la vida podría ser la clave para encontrar sistemas en la Vía Láctea que tengan las condiciones adecuadas para los organismos vivos.

"El fósforo es uno de los seis elementos de los que depende la biología", dijo Jane Greaves, astrónoma de la Universidad de Cardiff en Gales. Mecánica popular en un correo electrónico. "Los otros son carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre. Sin fósforo, no habría trifosfato de adenosina (ATP), que es la molécula que usan las células para transferir energía".

El fósforo es relativamente raro en el universo, el más raro de los seis elementos necesarios para la vida tal como la conocemos. Se crea en pequeñas cantidades en la evolución natural de algunas estrellas, pero la mayor parte del fósforo del universo se fusiona en supernovas. El elemento, el número atómico 16, solo representa alrededor del 0,0007 por ciento de toda la materia.

Greaves y el también astrónomo de Cardiff Phil Cigan presentan una nueva investigación en la Semana Europea de Astronomía y Ciencias Espaciales en Liverpool que compara la cantidad de fósforo en el polvo estelar de dos remanentes de supernova y mdashCassiopeia A (Cas A) en la constelación Cassiopeia, y la Nebulosa del Cangrejo. en la constelación de Tauro. Los primeros resultados sugieren que la Nebulosa del Cangrejo contiene significativamente menos fósforo que Cas A.

La discrepancia es una sorpresa, ya que los modelos informáticos sugirieron que las dos colecciones de polvo estelar, creadas por el mismo tipo de supernova, deberían contener cantidades similares de fósforo. Comprender esta diferencia podría ayudarnos a comprender cómo se distribuyen los niveles de este elemento crucial en las estrellas.

"Cas A y la Nebulosa del Cangrejo son Supernovas de Colapso del Núcleo, donde el centro de la estrella implosiona y luego rebota muy rápido, expulsando los nuevos elementos creados", dice Greaves. "Mi conjetura es que Cas A tuvo más reacciones que produjeron fósforo porque la estrella era más masiva o más densa, pero eso es solo una suposición hasta ahora".

Si procesos desconocidos provocan que algunas explosiones estelares produzcan más fósforo que otras, entonces la vida podría aislarse en áreas ricas en fósforo de la galaxia. En este punto, sin embargo, solo Cas A y la Nebulosa del Cangrejo se han estudiado con espectroscopía de telescopio para determinar sus composiciones químicas. "Hasta donde yo sé, no se ha buscado fósforo en ninguna otra supernova, de ningún tipo", dice Greaves.

El equipo enfatiza que su investigación es preliminar y utiliza datos limitados. El fósforo fue detectado en Cas A por un equipo de astrónomos internacionales en 2013. Graves y Cigan utilizaron recientemente el Telescopio William Herschel en las Islas Canarias para estudiar el espectro infrarrojo de la Nebulosa del Cangrejo, midiendo la proporción de fósforo y hierro para compararlo. de Cas A. Sin embargo, las observaciones de la Nebulosa del Cangrejo se vieron un poco obstaculizadas por el clima nublado, y se necesita una investigación de seguimiento para confirmar que, de hecho, carece del elemento P.

Otra posibilidad es que la diferencia de edad entre las dos nubes de polvo cósmico podría explicar las diferentes cantidades de fósforo. La Nebulosa del Cangrejo fue creada por una supernova vista y documentada desde la Tierra por astrónomos chinos hace casi mil años, mientras que se cree que la luz de la supernova que creó Cas A llegó a la Tierra hace unos 300 años, aunque no se sabe que nadie lo haya hecho. lo observó.

"Es posible que con el evento más antiguo, la Nebulosa del Cangrejo, algo de fósforo haya desaparecido del gas y se haya [formado] en material sólido, algo sobre lo que esperamos aprender más en esta reunión científica", dice Greaves.

Después de ser expulsados ​​de las supernovas, los gases de fósforo se fusionan y quedan atrapados en objetos rocosos. Estos cuerpos rocosos, helados y metálicos se agrupan aún más para crear planetas rocosos, que es como la mayor parte del fósforo llegó a la Tierra. Sin embargo, el fósforo que se utilizó por primera vez en las células para transferir energía y provocar la vida reproductiva, probablemente se produjo después de que el planeta se formó y tuvo grandes masas de agua, cuando los meteoritos que contenían fósforo se estrellaron contra las partes húmedas del mundo.

Para encontrar en qué otro lugar de la galaxia podría ocurrir la chispa de la vida, el truco podría ser buscar sistemas planetarios que provengan de áreas ricas en fósforo. El próximo telescopio espacial James Webb de 6,5 metros, diseñado para la astronomía infrarroja, debería ser particularmente adecuado para medir el fósforo en los remanentes de supernovas y gases de escape que finalmente formarán estrellas y planetas.

"Estoy ansioso por el JWST, ya que puede buscar schreibersita [un mineral de hierro-níquel que contiene fósforo] en los discos alrededor de las estrellas donde se están formando nuevos planetas, y tiene un buen rango de longitud de onda para buscar este mineral. sabemos que ocurre en meteoritos ", dice Greaves.

Con solo dos remanentes de supernova escaneados en busca del elemento, y la capacidad de buscar schreibersita en sistemas planetarios en línea pronto, la búsqueda de fósforo portador de vida podría comenzar.


Trazando la historia de expansión del universo con supernovas

Representación esquemática de la expansión del Universo a lo largo de su historia. Crédito: NAOJ

Un equipo de investigación internacional analizó una base de datos de más de 1000 explosiones de supernovas y descubrió que los modelos para la expansión del Universo coinciden mejor con los datos cuando se introduce una nueva variación dependiente del tiempo. Si se demuestra que es correcto con datos futuros de mayor calidad del Telescopio Subaru y otros observatorios, estos resultados podrían indicar una física aún desconocida que trabaja en la escala cósmica.

Las observaciones de Edwin Hubble hace más de 90 años que muestran que la expansión del Universo siguen siendo una piedra angular de la astrofísica moderna. Pero cuando entra en los detalles del cálculo de la rapidez con la que se expandió el Universo en diferentes momentos de su historia, los científicos tienen dificultades para conseguir modelos teóricos que coincidan con las observaciones.

Para resolver este problema, un equipo dirigido por Maria Dainotti (Profesora Asistente en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados, SOKENDAI en Japón y un científico afiliado en el Instituto de Ciencias Espaciales en los EE. UU.) Analizó un catálogo de 1.048 supernovas que explotaron en diferentes momentos de la historia del Universo. El equipo descubrió que se pueden hacer modelos teóricos para que coincidan con las observaciones si se permite que una de las constantes utilizadas en las ecuaciones, llamada apropiadamente la constante de Hubble, varíe con el tiempo.

Hay varias explicaciones posibles para este aparente cambio en la constante de Hubble. Una posibilidad probable pero aburrida es que existan sesgos de observación en la muestra de datos. Para ayudar a corregir posibles sesgos, los astrónomos están utilizando Hyper Suprime-Cam en el telescopio Subaru para observar supernovas más débiles en un área amplia. Data from this instrument will increase the sample of observed supernovae in the early Universe and reduce the uncertainty in the data.

But if the current results hold-up under further investigation, if the Hubble constant is in fact changing, that opens the question of what is driving the change. Answering that question could require a new, or at least modified, version of astrophysics.


Black dwarf supernovae: The last explosions in the Universe

Here's a happy thought: The Universe may end in a whimper y a bang. A lot of bangs.

Calculations done by an astrophysicist indicate that in the far future, the Universe will have sextillions of objects called black dwarfs, and that eventually they can explode like supernovae. In fact, they may represent the very last things the Universe can do.

But this won't happen for a long time. A very, very, very long time * . So long from now I'm having difficulty figuring out how to explain how long it'll be. I'll get to it — your brain will be stomped flat by it, I promise — but we need to talk a bit first about stars, and nuclear fusion, and matter.

Stars like the Sun release energy as they fuse hydrogen atoms into helium atoms in their cores. It's very much like the way a hydrogen bomb works, but on a massively larger scale the Sun outputs about the equivalent energy of one hundred billion one-megaton bombs. Every segundo.

Eventually the hydrogen runs out. A lot of complicated things can happen then depending on how massive the star is, what's in it, and more. But for stars up to about 8 – 10 times the mass of the Sun the outer layers all blow away, exposing the core to space a core that has become a ball of material so compressed weird quantum mechanics rules come into play. It's still made up of atomic nuclei (like oxygen, magnesium, neon, and such) and electrons, but they're under incredible pressures, with the nuclei practically touching. We call such a material degenerate matter, and the object itself is called a white dwarf.

The nearest white dwarf to us, Sirius B, has the mass of the Sun but the size of the Earth. For comparison, the Sun is over 100 times wider than Earth. Credit: ESA and NASA

For stars like this, that's pretty much the end of the road. The kind of fusion process they enjoyed for billions of years — thermonuclear fusion, where (hugely simplified) the atomic nuclei are so hot they slam into each other and fuse — can't work any more. The white dwarf is born very hot, hundreds of thousands of degrees Celsius, but without an ongoing heat source it begins to cool.

That process takes billions of years. White dwarfs that formed in the early Universe are just now cool enough to be red hot, around 4,000° C.

But the Universe is young, only about 14 billion years old. Over very long periods of time, those white dwarfs will cool further. Eventually, they'll cool all the way down to just about absolute zero: -273°C. That will take trillions of years, if not quadrillions. Much much longer than the Universe has already existed.

But at that point the degenerate matter objects won't emit any light. They'll be dark, which is why we call them black dwarfs.

So is that it? Just black dwarfs sitting out there, frozen, forever?

Artwork depicting a black dwarf in the far-flung future a dead star that was once like the Sun. This is somewhat fanciful by the time black dwarfs exist all the stars in the Universe should be dead as well. Credit: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International

Well, maybe not, and this is where things start to get weird (yes, I know, they're already weird, but just you wait a few paragraphs). Currently, physicists think that protons, one of the most basic of subatomic particles, can decay spontaneously. On average this takes a very long time. Experimental evidence has shown that the proton half-life may be at least 10 34 years. That's a trillion trillón times longer than the current age of the Universe.

If true, that means that the protons inside the atomic nuclei in the black dwarfs will decay. If they do, then after some amount of time, 10 35 or more years, the black dwarfs will… evaporate. Poof. Gone. At that point all that will be left are even denser neutron stars and black holes.

Artwork depicting the magnetic field surrounding a neutron star. Credit: Casey Reed / Penn State University

But proton decay, while predicted by current particle theory, hasn't yet been observed. What if protons no decay? What happens to black dwarfs then?

That's where this new paper comes in. It turns out that there are other quantum mechanics effects that become important, like tunneling. Atomic nuclei are loaded with protons, which have a positive charge, so the nuclei repel each other. But they are very close together in the center of the black dwarf. Quantum mechanics says that particles can suddenly jump in space very small distances (that's the tunneling part, and of course it's far more complicated than my overly simple synopsis here), and if one nucleus jumps close enough to another, kablam! They fuse, form a heavier element nucleus, and release energy.

This is different than thermonuclear fusion, which needs lots of heat. This kind doesn't need heat at all, but it does need really high density, so it's called pycnonuclear fusion (pycno in ancient Greek means denso).

Over time, the nuclei inside the black dwarf fuse, very very slowly. The heat released is minimal, but the overall effect is that they get even denser. Also, like in normal stars, the nuclei that fuse create heavier nuclei, up to iron.

That's a problem. The effects holding the star up against its own intense gravity is degeneracy pressure between electrons. When you try to fuse iron it eats up electrons. If enough iron fuses the electrons go away, the support for the object goes with it, and it collapses.

Artwork of a core collapse hypernova, a super-supernova. Credit: NASA/Dana Berry/Skyworks Digital

This happens with normal stars too. They have to be pretty massive, more than 8–10 times the mass of the Sun (so the core is at least 1.5 or so times the Sun's mass). But for stars like those the core suddenly collapses, the nuclei smash together and form a ball of neutrons, what we call a estrella neutrón. This also releases a lote of energy, creating a supernova.

This will happen with black dwarfs too! When enough iron builds up, they too will collapse and explode, leaving behind a neutron star.

But pycnonuclear fusion is an agonizingly slow process. How long will that take before the sudden collapse and kablooie?

Yeah, I promised earlier that I'd explain this number. For the highest mass black dwarfs, which will collapse first, the average amount of time it takes is, well, 10 1,100 years.

That's 10 to the 1,100th power. Written out, it's a 1 followed by eleven hundred zeroes.

I… I don't have any analogies for how long that is. It's too huge a number to even have any kind of rational meaning to the pathetic globs of meat in or skulls.

I mean, seriously, here it is written out:

I mean, c'mon. 10^1100th power written out. Credit: Phil Plait

That's a lote of zeroes. Feel free to make sure I got the number right.

I tried to break it down into smaller units that make sense, but c'mon. One of the largest numbers we named is a googol, which is 10 100 , a one followed by 100 zeroes.

The number above is a googol 11 , a googol to the 11th power.

<sound of me running around in circles and making mewling noises>

And that's the black dwarfs that go primero. The lowest mass ones take much longer.

How much longer? I'm not terribly glad you asked. They collapse after about 10 32,000 years.

That's not a typo. It's ten to the thirty-two-thousandth power. A one with 32,000 zeroes after it.

I'll note that this is for stars that start out more massive than the Sun. Stars like ours aren't massive enough to get the pycnonuclear fusion going — they don't have enough mass to squeeze the core into the density needed for it — so when they turn into black dwarfs, that's pretty much it. After that, nothing.

Assuming protons don't decay, I'll note again. They probably do, so perhaps this is all just playing with physics without an actual outcome we can see (not that we'll be around to anyway). Or maybe we're wrong about protons, and in that unimaginably distant future the Universe will consists of neutron stars, black holes, low mass black dwarfs like the Sun, and something like a sextillion black dwarfs that will one day collapse and explode.

A simulation of what a black hole with a disk of gas swirling around it would look, given the bizarre effects of its fierce gravity on the light from the disk. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

Black holes, I'll note, evaporate as well, and the last of those should go in less than a googol years. If so, then black dwarf supernovae may be the last energetic events the Universe can muster. After that, nothing. Heat death. Infinite cold for infinite time.

Oh hey, it gets worse. The Universe is expanding, but the part of it that we can see, the observable Universe, is actually shrinking. This has to do with dark energy and the accelerated expansion of the Universe, which I have explained elsewhere. But by the time the black dwarfs start to explode, the Universe we can see will have shrunk to the size of our own galaxy. Well, what's left of it by then. Odds are the black dwarfs will be scattered so far by then that we there won't even be one in our observable frame.

That's a rip-off. You'd think that waiting that long would have some payoff.

So why go through the motions to calculate all this? I actually think it's a good idea. For one thing, science is never wasted. It's possible this may all be right.

Also, the act of doing the calculation could yield interesting side results, things that have implications for the here-and-now that might be observable (like the decay of protons). There could be some tangible benefit.

But really, for my money, this act of spectacular imagination is what science is all about. Push the limits! Exceed the boundaries! Ask, "What's next? What happens after?" This expands our borders, pushes back at our limitations, and frees the brain — within the limits of the known physics and math — to pursue avenues otherwise undiscovered.

Seeking the truth can be a tough road, but it does lead to understanding, and there's beauty in that.


Mechanics of Supernovae - Astronomy

Supernovae are exploding stars which are broadly classified into two main types depending on the type of star which explodes. The progenitors of a Type Ia supernova ( SNI a) is a white dwarf accreting matter from a companion, while the progenitors of core-collapse supernovae are massive stars at the end of their lives.

Supernovae are transient objects. They appear suddenly as a bright star (that can outshine an entire galaxy) at a random position in the sky, and fade relatively quickly never to be seen again. For this reason they are difficult objects to find and study, and astronomers have now established several supernova searches dedicated to locating new supernovae and obtaining rapid and extensive follow-up observations of these objects.

With such rapid follow-up, Type Ia supernovae have become one of the primary distance indicators in astronomy, helping to tie down the Hubble constant and revealing that the Universe is, in fact, accelerating.

Supernovae leave behind a supernova remnant, which are often beautiful objects that fade over tens of thousands of years before enriching the interstellar medium with a multitude of chemical elements.

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Ver el vídeo: Qué es una Supernova y como se forma? (Agosto 2022).