Sobre el debate de las supernovas en la sesión del 10/01/2003

En la pasada reunión se suscito un debate sobre lo que sucede realmente en las supernovas, yo (Luis Alberto) argumente que al producirse el elemento 26 (hierro), la fusión deja de liberar energía y la gravedad tira hacia el centro de la estrella, el núcleo implosiona y la energía liberada vuela las capas exteriores, cuando los rayos gamma liberados alcanzan toda la nube exterior de gases es cuando el brillo de una supernova llega a un máximo.

Por el otro lado se argumentaba que en realidad se trata de una explosión desde el núcleo y que por eso se liberaba el hierro.

Líberemos de dudas, veamos que dice Sir Martin Rees, uno de los astrofísicos más reconocidos a nivel mundial, recibió el título de Royal Astronomer de manos de la misma reina de Inglaterra.

Así, en su obra "Seis Números, Nada Más" (Editorial Debate, 2002) nos dice:

La NASA y el JPL distribuyen un manual sobre radioastromía, el cual desgraciadamente esta en inglés, para mantener la fidelidad de fuentes no realizaré ninguna traducción, el documento tiene el siguiente id: JPL D-13835, veamos que dice en su capítulo seis, que trata sobre fuentes de emisión de radio, en su sección dedicada a los pulsares:

En una de esas coincidencias inesperadas me tope con una página del laboratorio de altas energías en astrofísica de centro espacial Goddard de la NASA, donde la explicación es idéntica a lo que yo defiendo (casi como si me la hubiera mandado a hacer), para no alterar en lo más mínimo no haré ninguna traducción (esta en inglés), la página entera se halla en la siguiente dirección: http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/supernovae.html

"What Causes a Star to Blow Up?

Gravity gives the supernova its energy. For either type of supernova, mass flows into the core, from a companion star (I) or by the continued making of iron from nuclear fusion (II). Once the core has gained so much mass that it cannot withstand its own weight, the core implodes. This implosion can usually be brought to a halt by neutrons, the only things in nature that can stop such a gravitational collapse. Even neutrons sometimes fail depending on the mass of the star's core.
When the collapse is abruptly stopped by the neutrons, a bounce occurs, thus turning the implosion into an explosion. ka-BOOM!!!"

¿Quieren ver lo qué dice el programa de divulgación de la astronomía de la Universidad de Cornell? http://curious.astro.cornell.edu/supernovae.php

"What happens next depends on the mass of the star. Stars with masses between about 5 and 8 times the mass of our Sun form neutron stars during the implosion: the nuclei in the central regions are pushed close enough together to form a very dense neutron core. The outer layers bounce off this core, and a catastrophic explosion ensues: this is the visible part of the supernova."

Ahora un extracto de un artículo del programa "Imagine" de la NASA, donde se relata como unos estudiantes localizaron un elusivo pulsar. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/03jan01.html

"The new data obtained from Chandra showed clear evidence of a 30,000-year-old pulsar in the midst of the IC443 remnant. A pulsar is a spinning neutron star that forms from a supernova that implodes and then explodes. The implosion smashes together countless protons and electrons, creating an extremely dense, massive star composed entirely of neutrons. The "kick" created when the star "bounces" from the implosion to the explosion sets the new neutron star spinning away from the site of the supernova. It is this rapid revolution that causes the characteristic pulsing."

Conclusión: En las supernovas, el núcleo sí que implota. La explosión de las capas exteriores se debe a la energía liberada en la implosión. La presencia de hierro nunca esta al vilo, dado que se libera (junto con la energía) de la implosión, además el modelo implosivo permite la formación de estrellas de neutrones, un modelo explosivo volaría todo el material desde el centro, justo lo contrario a comprimirlo hacia adentro para formar la estrella de neutrones (o inclusive un agujero negro, si supera el límite de Schwarzschild).

Preguntas comunes

¿Qué acaso no se comentó que la cuestión era si la estrella se colapsa sobre sí misma?
Yo (Luis Alberto) dije que la estrella al no producir suficiente presión para compensar a la gravedad, sufre la acción de la gravedad que la tira hacia el centro, es decir hacia su núcleo. Por el otro lado se comento que la estrella sufre un colapso gravitatorio o que cae sobre sí misma, esto debido a la falta de fuerzas que sustenten su peso.

En mi opinión es lo mismo.... ¿O acaso hay diferencia?
No... estamos hablando de lo mismo. De la misma manera que los términos: fácil, sencillo y simple son distintas formas de decir lo mismo las descripción como: colapso gravitatorio, "caer sobre si misma", "un tiron de la gravedad hacia el centro" es lo mismo.

Pero, ¿Es la supernova una explosión?
Sí, en eso también estamos de acuerdo, en la supernova se emite una enorme cantidad de material al espacio que proviene de las capas exteriores, así como luz (en sus distintas frecuencias) y neutrinos, todo esto en una gigantesca explosión capaz de liberar la misma energía que la galaxia en la que se localiza la supernova. En pocas palabras, ambos estamos de acuerdo en que las supernovas son explosiones colosales.

Entonces, no me queda claro, si coinciden en eso... ¿Cuál es el quid del asunto?
Lo que sucede en el lapso entre el colapso y la explosión.

Mi versión es la siguiente: La enorme presión de la masa cayendo sobre el núcleo hace que este implosione y de esta forma la energía gravitatoria pase a calorífica en una onda de choque similar a un rebote, esta energía junto con el torrente de neutrinos es lo que vuela las capas exteriores que estaban cayendo... es decir la estrella explota debido a la energía liberada en la implosión del núcleo.

Su versión es esta: Sucede una explosión desde el núcleo, es decir la estrella se colapsa y explota, porque su nucleo explotó.

¿Cómo puede un núcleo que explota (es decir sale volando hacia afuera) formar un objeto tan comprimido como una estrella de neutrones?
Ni idea, es el precisamente el proceso contario a lo necesario para comprimir la materia.

Si el núcleo explota, ¿Cómo se explica la emisión de neutrinos? ¿Qué acaso no se liberan al unirse los protones y electrones? ¿Si el núcleo explota, como puede el material expelido comprimirse a tal punto?
En efecto, la supernova SN 1987A (la supernova más cercana en tiempos modernos) fue detectada simultaneamente por detectores de neutrinos en Japón y EU antes de ser descubierta visualmente por Ian Shelton. El neutrino debería cargar el momento angular del electrón (es decir se llevaría su espín), esto no afecta a la formación de neutrones dado que el neutrino carece de carga eléctrica y posee una masa nula o casi nula. Para mí (Luis Alberto) la emisión de neutrinos en un módelo en el que la materia del núcleo sale volando es algo fuera de mi comprensión.

Pero, ¿El núcleo no debería expandirse para alcanzar un estado de equilibrio?
Eso es algo muy distinto a decir que explota el núcleo, de hecho al hacer eso es cuando se halla con las capas exteriores que venían cayendo y las manda volando, es a lo que me refiero con un "rebote".

Pues sigo sin entender....
Para nuestros fines prácticos es fácil dividir a la estrella en dos partes (algo similar a un aguacate con su hueso). Un núcleo (el hueso del aguacate) donde sucede la fusión y las capas exteriores de gas. Al acabarse el combustible, ya no hay presion (un empuje hacia afuera, similar al de las llantas al inflarse) que "infle" a la estrella y esta empieza a caerse hacia su centro. Aquí viene la discordia, ellos alegan que el núcleo explota y claro, vuela todo. Mi versión es que hay una implosión, esta comprime al núcleo (dejando una estrella de neutrones o un agujero negro) y las capas externas "rebotan", causando la explosión de la estrella y por ende la supernova, pero el núcleo en ningun momento explota, es decir nunca sale volando hacia afuera. Hay que hacer la distinción entre las distintas partes del proceso, si bien el resultado final es una eyección de material y energía esta no se debe a que el núcleo explote, ahora bien respecto a la definición de "implosión" creo que no es un termino tan técnico como para que no se entienda, y como se ha intentado explicar arriba, el hecho de que la estrella cae por la acción de su propia gravedad nunca ha sido el tema a discutir, así como el decir que la estrella explota, aunque aquí (como habrá notado el lector atento) hay una diferencia crucial: Ellos argumentan que la estrella se cae sobre si misma y explota, yo digo que las capas exteriores "rebotan" sobre un núcleo de muy alta densidad (así nos libramos del problema lingüistico de definir implosión, aunque esa es una forma adecuada de describir lo que le sucede al núcleo). Como ya comenté su modelo falla claramente en explicar la presencia de objetos como las estrellas de neutrones y agujeros negros, no puede explicar emisiones de neutrinos (mismos que han sido detectados y explican a la perfeccion la diferencia de brillo entre las supernovas Ia y el resto), al no recibir el impulso de un "rebote" en su módelo no se adquiere rotación y no podría haber pulsares. Las fallas son claras y graves, sin embargo no hay ninguna respuesta que den al respecto, y la falla que ellos usaron para iniciar en parte el debate (la emisión de hierro), es perfectamente explicable por el módelo aquí expuesto, como se comentó en las conclusiones.

¿Por qué habría de creerle a alguna postura?

Si bien he cuidado incluir fuentes de alto renombre como la publicación de Martin Rees, el documento de la NASA-JPL, así como una serie de mensajes que he mantenido con astrónomos profesionales (de donde he extraido algunas de las preguntas), no le creas a nadie por el sólo hecho de su "renombre", la ciencia no se basa en dogmas. La cuestión no es lingüistica, y no es el problema a seguir aquí (aunque he buscado que se mencione el termino implosión de forma explícita, considero esto una redundancia), así que no hay que desviar la atención a temas que resultan espurios. Por el contrario basa tu decisión en las caractéristicas en las que se basa cualquier afirmación científica:

Debe explicar las observaciones: Es evidente que cualquier afirmación debe explicar lo que se esta observando, si esta no coincide con la realidad esta de sobra discutir su validez. En este caso evaluá ambas posturas, y fijaté si pueden explicar las observaciones como: estrellas de neutrones, agujeros negros y emisión de neutrinos.

Debe ser coherente con el conocimiento establecido: Si una teoría pretende suplantar a otra debe explicar el porque, además debe explicar la forma en la que ha llegado a sus conclusiones.

Debe realizar predicciones: Además de explicar los fénomenos observados, una teoría preferiblemente debe predecir fenomenos que no se habían observado anteriormente.