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Acerca del brillo de las Nebulosas Planetarias.

Las Nebulosas Planetarias (NPs) aparecen en el comienzo del fin de una estrella de tipo Solar.
Cuando una estrella como el Sol agota su Hidrógeno, se contrae, detona el Helio y entra en la fase de gigante roja. En esa etapa presenta erupciones de materia la que se aleja de ella. Cuando el Helio comienza a escasear la estrella entra en su contracción final hacia su estado final de enana blanca, dejando sus capas exteriores expandiéndose.
Así nace una NP. Su nombre se debe a su aspecto esférico similar al de un planeta. Las NPs. No siempre son esféricas.

seven planetary nebulae

Nebulosas Planetarias de diferentes morfologías – crédito:  D. THOMPSON/LARGE BINOCULAR TELESCOPE OBSERVATORY, C.R. O’DELL/VANDERBILT UNIV., NASA, ESA; HUBBLE HERITAGE TEAM/STSCL/AURA, NASA, ESA; HUBBLE SM4 ERO TEAM, NASA, ESA; HUBBLE SM4 ERO TEAM, NASA, ESA; RAGHVENDRA SAHAI AND JOHN TRAUGER /JPL, THE WFPC2 SCIENCE TEAM, NASA; ANDREW FRUCHTER, THE ERO TEAM/STSCI, NASA, ESA; HUBBLE SM4 ERO TEAM, NASA, ESA.

Pueden tener formas caprichosas debido a condiciones que hacen que la expansión no sea simétrica. Algunas tienen forma bilobulada, como en alas de mariposa o reloj de arena. En esos casos hay una estrella compañera “esculpiendo” la NP, la que mantiene su eje de propagación perpendicular al plano de la órbita de las estrellas.

Las NPs brillan excitadas por la estrella central.
Suelen mostrar fluorescencia (pdp, 03/jul./2015, Fluorescencia, https://paolera.wordpress.com/2015/07/03/fluorescencia/). La estrella entrega energía de alta frecuencia (ultravioleta) a la NP excitando sus átomos. En este proceso, los electrones absorben esa energía “subiendo” de nivel energético. Cuando se des-excitan, los electrones devuelven esa energía, pero no lo hacen en un sólo “descenso” de nivel retornando la energía en la misma frecuencia en que la recibieron. Bajan de nivel en forma escalonada. En cada escalón devuelven energía en frecuencias de luz visible.
Eso es la fluorescencia; no vemos la luz excitante pero sí vemos la respuesta del cuerpo excitado.

Se pensaba que la energía que excitaba a las NPs, dependía de la masa de la estrella en colapso. Las de menor masa excitaban menos a sus NPs. y éstas, a su vez, brillaban menos, tal vez al punto de ser difíciles de detectar.
Pero resultó que las estrellas de menor masa excitaban a sus NPs. tanto como las de mayor masa. Todo indica que en las estrellas de poca masa calientan sus núcleos suficientemente rápido como para hacer brillar su NP. De esta manera, estrellas de 1 masa Solar producen NPs. con el mismo brillo que las de 3 masas Solares.
Como las estrellas de menor masa evolucionan más lento y producen su NP más tarde que las masivas, que evolucionan más rápido, entonces; esto explica cómo estrellas de 7000 millones de años (menos masivas) tienen NPs. tan brillantes como las de estrellas de apenas 1000 millones de años (más masivas).

Referencia:

Fuente:

pdp.

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Binarias de Enanas Blancas: el caso de SDSS J125733.63+542850.5

Las estrellas de tipo Solar terminan como Enanas Blancas (EBs).
Estas estrellas brillan por contracción por lo que van enfriándose. Así, algún día terminarán como enanas obscuras o enanas negras. Incluso pueden fusionarse generando un evento de supernova. Pero el tiempo de enfriamiento es tan grande que supera la edad actual del Universo, luego, aún no aparecieron las primeras enanas negras. La rapidez conque se enfrían depende de las características peculiares de la estrella, una de las cuales es su masa.
El final de estrellas binarias de tipo Solar es en binarias de EBs.

Ilustración de binaria de EBs. publicada en Astrofísica y Física

Suponiendo que el par se formó de la misma nube y que por lo tanto son de edades parecidas, en una binaria de ese tipo se espera que la rapidez de enfriamiento dependa de sus masas fundamentalmente. Si ambas provienen de estrellas de tipo Solar, sus masas son del mismo orden por lo que deben tener tiempos de enfriamiento similares; todo según los modelos de evolución estelar, los cuales se ajustan a lo observado.
Pero como siempre sucede, hay casos que rompen las reglas.
Uno de ellos es el de la binaria de EBs, catalogada como SDSS J125733.63+542850.5. Sus tiempos de enfriamiento son muy diferentes a lo que deberían ser.
En este caso, lo más aceptado según los análisis y simulaciones corridas con los parámetros de esta binaria, es que una precursora tenía más masa que la otra. Como es lógico, la de menor masa evolucionó más lento que la otra. En algún momento de su evolución, la de menor masa experimentó una gran fulguración que le hizo expulsar materia. Eso produjo una acreción de material sobre la más masiva, la que vio sustentada su actividad retardando su enfriamiento.

Fuente:

  • arXiv:1805.02187v1 [astro-ph.HE] 6 May 2018, A Strange Dwarf Scenario for the Formation of the Peculiar Double White Dwarf Binary SDSS J125733.63+542850.5, Long Jiang et al.
    https://arxiv.org/pdf/1805.02187.pdf

Menor tasa de formación de estrellas en el Universo actual.

En el Universo local o cercano, hay galaxias que disminuyeron su formación de estrellas, incluso la Nuestra (pdp, 14/abr./2016, Nuestra galaxia está apagando sus luces, https://paolera.wordpress.com/2016/04/14/nustra-galaxia-esta-apagando-sus-luces/).
Hay dos parámetros importantes para el estudio de la formación estelar.
Uno es la tasa de formación estelar o rapidez con que se forman estrellas en el tiempo. El otro, es la masa estelar o masa convertida en estrellas, lo que da idea de la cantidad de estrellas formadas.
Es evidente que ambos deben tener las mismas cualidades, donde uno aumenta también lo hace el otro. Es sabido que las estrellas masivas llevan vidas muy activas y cortas, explotando retornando materia enriquecida de donde nacen estrellas de segunda generación como el Sol.

Parece que el Universo está algo perezoso.

CSFRD, Yu & Wang+16

Gráfico donde se observa la masa estelar en verde y la tasa de formación estelar en azul al lo largo de la evolución del Universo – Publicado en el trabajo de H. Yu & F. Y. Wang.

Observando objetos lejanos, tenemos información de cómo era el Universo en sus comienzos por el tiempo que tarda la luz en llegarnos. En aquellas épocas la formación de estrellas tuvo lugar en lo que se conoce como el amanecer cósmico. Tanto la tasa de formación estelar como la masa estelar iban en crecimiento (parte derecha del gráfico). Ambas tuvieron su máximo hace unos 10 mil millones de años, cuando el Universo tenía unos 4 mil millones de años de edad.
Pero actualmente, según se observa en la parte izquierda del gráfico, no sólo ambos parámetros han disminuido, sino que la taza de formación de estrellas ha disminuido mucho en relación a la masa estelar. Esto indicaría que el Universo está disminuyendo su proceso de formación de estrellas.

Referencia:

Fuente:

  • arXiv:1602.01985v1 [astro-ph.GA] 5 Feb 2016 , On the inconsistency between cosmic stellar mass density and star formation rate up to z ∼ 8, H. Yu and F. Y. Wang.
    https://arxiv.org/pdf/1602.01985.pdf

pdp.

J01020100-7122208, una estrella fugitiva, supergigante y amarilla

Las estrellas de alta velocidad o fugitivas (Runaway Stars) pueden tener distintos orígenes.
Una estrella puede adquirir alta velocidad en un encuentro dinámico con otra. Al pasar cerca, la mutua atracción gravitatoria las acelera.
Las estrellas variables de tipo Nova, presentan periódicas explosiones. En particular, si esa brusca liberación de materia y energía es asimétrica, la estrella puede salir despedida.
Otra posibilidad, es que en un sistema binario, una de las componentes explote en forma de supernova. Si en ese evento la estrella resulta destruida, su compañera resulta “soltada” de la relación gravitacional que las unía y sale disparada como una piedra de una honda.

En las afueras de la Nube Menor de Magallanes, se detectó una estrella fugitiva.

fugitivaAmarilla

Imagen donde se señala con un pequeño círculo rojo la posición de la estrella fugitiva en la Nube Menor de Magallanes publicada en el trabajo de Kathryn F. Neugent et al.

Se trata de una supergigante amarilla, lo que la hace realmente una fugitiva rara de hallar, en realidad la primera en su tipo.
La etapa de supergigante amarilla, es la breve antesala a la de supergigante roja.
Este tipo de evolución es típico de las estrellas masivas. Éstas viven millones de años, y esa etapa dura a lo sumo 100 mil años; tan sólo un parpadeo en su vida. Todo indica que se disparó al morir su compañera en forma de supernova cuando vivían formando un sistema binario. En aquel entonces, era una estrella vigorosa, masiva y caliente (casi una OB). La explosión la arrojó del cuerpo de la galaxia hacia las afueras donde fue encontrada.
Mientras viajaba entró en su etapa de supergigante amarilla. Con el tiempo, entrará a la de supergigante roja para morir colosalmente como supernova. Recordemos que las supernovas son las que retornan elementos enriquecidos al espacio, de donde nacen otras estrellas y planetas con elementos propicios para la vida.
Esta fugitiva se comporta como una portadora de esos elementos que “soltará” en su momento, como una difusora, una semilla que vaga hasta abrirse y liberar su contenido.
Hay evidencias que sugieren que nuestro Sistema Solar nació del material esparcido por una supernova que antes de estallar era una estrella fugitiva de tipo Wolf-Rayet (https://es.wikipedia.org/wiki/Estrella_de_Wolf-Rayet).

Catalogada como J01020100-7122208, viaja a unos 300 Kms./seg., tiene una edad de unos 30 millones de años, un tipo espectral G5-8 I, una temperatura de 4700ºK, una masa de 9 veces la del Sol, un tamaño 190 veces el del Sol y una luminosidad de 10 mil veces la Solar.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Los agujeros negros de rápido crecimiento.

Los Agujeros Negros (ANs), son grandes regiones del espacio de donde no puede escapar ni la luz (https://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro).
Cuando un objeto masivo colapsa, su gravedad superficial aumenta ya que ésta depende de la distancia al centro del objeto (la intensidad del campo gravitatorio en un punto depende de la distancia al centro del cuerpo que lo genera). Llega un momento en que de su superficie no puede escapar ni la luz (que es lo más rápido que se conoce).

Luego, el objeto (o estrella de Plank) puede seguir colapsando y no lo sabremos porque no lo podemos ver ya que es menor al radio límite a partir del cual nada escapa de tremenda gravedad.

supermassive black hole illustration

Ilustración de AN y material a su alrededor crédito de NAOJ.

Los ANs se alimentan de la materia que cae en ellos, eso los hace más masivos y de mayor campo gravitatorio, lo que hace que se alimenten con más voracidad y así continúa el proceso hasta un límite.

A medida que se alimenta, el material que cae en el AN lo hace arremolinándose. Así, autofricciona recalentándose y emitiendo energía. Esa es la radiación que se detecta de un AN; lo que se irradia desde sus vecindades, de donde aun puede escapar algo. Si no hay materia a su alrededor para que esto suceda, no hay radiación que denote su presencia.

Como dato interesante, las simulaciones sugieren que los ANs como masas iniciales mayores, crecen más rápido.

Gráfico que muestra el crecimiento de ANs a partir de semillas de diferfentes masas a lo largo de millones de años luego del origen del Universo, crédito de F. PACUCCI ET AL/ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS 2017.

Pero los AN tienen límites en la asimilación de la materia que los rodea.
Eso depende de la superficie por donde ésta cae al AN. También, la radiación generada en la autofricción del material que precipita, colabora a dispersarlo, luego parte de él no cae en el AN como se puede suponer. Eso es “alimento” que se escapa. Aquí es importante la densidad de ese material.

Por esto, el AN ve limitada su velocidad de crecimiento.
Se han detectado ANs supermasivos, muy lejanos y por lo tanto se los observa muy jóvenes; como eran en los orígenes del Universo (debido al tiempo que nos tarda en llegar la radiación).
Algunos resultaron ser muy masivos para aquella época, o sea que no tuvieron tiempo para crecer tanto debido a las limitaciones conocidas.

Una explicación puede ser que se hayan formado con mucha masa inicial, de una gran nube de materia. Pero las grandes nubes tienden a fraccionarse y colapsar en varios objetos en lugar de formar uno solo.
También podría haber sucedido que se hayan unido varios proto-ANs; pero tampoco es muy probable que se den semillas de ANs todas vecinas entre ellas para que terminen fusionadas.
Es factible que la radiación por autofricción producida en el material que cae en el AN, no haya sido muy eficiente en dispersar materia, cosa que depende de su densidad. Así, se alimentó rápidamente, más de lo esperado.

Es necesario observar en busca de ANs muy lejanos de poca masa de los albores del Universo. Su descubrimiento apoyaría la idea del crecimiento por colapso de varias semillas de ANs.

Referencia:

Fuente:

pdp.

 

Objetos Gravastars, los casi Agujeros Negros.

En un momento se conjeturó con que los Agujeros Negros podrían no existir, y ser en realidad objetos muy obscuros en lugar de cuerpos de los que ni la luz escapa (pdp, 25/ene./2014, Los Agujeros Negros clásicos podrían no existir, https://paolera.wordpress.com/2014/01/25/los-agujeros-negros-clasicos-podrian-no-existir/).
Según S. Hawking, en el límite del Agujero Negro podrían generarse partículas y antipartículas, unas dentro y otras fuera. La partícula generada en el exterior del Agujero Negro podría escapar si está animada de la velocidad suficiente. Así el Agujero Negro terminó con menos energía ya que de ella se formaron dos partículas de las que una escapó. De esta manera, termina evaporándose.
Si este proceso ocurre durante el colapso del que nacería un Agujero Negro, la evaporación atentaría contra ese colapso y el objeto no llegaría al extremo de ser Agujero Negro. Sería un objeto obscuro, muy rojizo, ocre, ya que la luz perdería mucha energía en escapar de él.

El concepto de espacio vacío es un poco relativo.
En algunos casos, el vacío depende la las dimensiones involucradas. El camino que una partícula puede recorrer antes de chocar con otra, es una medida de la densidad del medio o de cuan vacío está ese medio. Decimos que el espacio exterior está vacío porque si cerramos el puño en ese ambiente, nada atrapamos. Lo mismo diría un microbio en un pelotero, el cual, para nosotros, está lleno de pelotitas (pdp, 19/feb./2016, El camino libre medio, https://paolera.wordpress.com/2016/02/19/caminando-el-espacio-vacio-vacio/).

En el vacío del espacio exterior se dan ciertas propiedades que son descriptas satisfactoriamente por la existencia de partícula virtuales. En otras palabras, el vacío se comporta como si estuviera habitado por ciertas partículas bien descriptas por la mecánica cuántica; así se habla del vacío cuántico.
Las partículas virtuales del vacío espacial podrían colaborar para la existencia de objetos parecidos a los Agujeros Negros; o sea, no tan negros.
Como estas partículas existen en todo el espacio vacío, también existirían dentro de los cuerpos incrustados en ese vacío, de hecho, esos cuerpos se formaron cuando la materia ocupó un lugar (compartió el vacío con esas partículas) y se condensó en un objeto.
Durante el colapso de los cuerpos muy masivos, esas partículas se ven sometidas a condiciones tales que terminan polarizadas. Bajo estas circunstancias, tienden a mantenerse alejadas y se opondrían al colapso. De esta manera, el cuerpo no sería tan compacto y no sería un Agujero Negro ya que la luz podría llegar a escapar. A estos hipotécticos objetos de los llama Gravastars (algo así como graviestrellas).
Los Gravastars, por ser muy masivos, generarían lentes gravitacionales, irradiarían rayos X de la materia recalentada por autofricción que cae en ellos en forma de remolino y hasta generarían ondas gravitacionales; todo con sutiles diferencias respecto a lo producido por los Agujeros Negros.

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Aún se los busca para verificar todas las condiciones necesarias para su existencia.

Referencias:

Fuentes:

pdp.

¡Bingo!, una SN (SN 2016gkg).

Corrección: En el primer intento de publicación de esta nota, el título estaba equivocado en el año de la SN leyéndose 2018 cuando debía leerse 2016.

Siempre digo y repito, como una vez me enteré, que Astronomía es… mirar para arriba.
Así es como se descubren objetos y de detectan eventos tales como la colosal muerte cataclísmica de una estrella masiva; lo que se conoce como Súper Nova (SN).
Para los antiguos, se trataba del nacimiento de una estrella, por eso el nombre de Nova, que significa “nueva”. Pero hay SN, SN súper luminosas y hasta Híper Novas.
Una SN, puede y suele superar el brillo de la galaxia a la que pertenece; o sea que reúne y supera el brillo de miles de millones de estrellas.

Por septiembre del año 2016, se detectó a la SN catalogada como SN 2016gkg.
Se encuentra en las afueras de la galaxia NGC 613, en la constelación de Sculptor (el escultor) a unos 80 millones de años luz de casa y es de tipo IIb. Estas SNs se producen por el colapso de una estrella masiva, la que, en fracciones de segundos, se derrumba sobre ella misma detonándose.
En este caso, la progenitora de SN 2016gkg habría tenido unas 20 veces la masa de nuestro Sol.

Pero lo interesante es cómo fue descubierta y en qué momento de su evolución.
Es muy importante descubrirlas en sus fases iniciales, contra más cerca del momento de la explosión, mejor; eso permite saber más y conocer mejor los mecanismos involucrados en este tipo de eventos lo más cerca posible desde su origen. Para eso hay sistemas automáticos que se encargan de buscar bruscas variaciones de luz en el cielo.

Pero el ojo Humano, en este caso, fue mejor.
Víctor Buso, un astrónomo aficionado de Rosario, Santa Fé, Argentina; decidió probar su telescopio y su cámara y para eso apuntó y obtuvo imágenes de NGC 613.
Estas son esas imágenes (en negativo) y los momentos en que fueron obtenidas.

Crédito: V. BUSO, M. BERSTEN, ET AL.

Es evidente la aparición de un objeto brillante.
Se trata de la detección del momento en que se produce la SN 2016gkg. Detectar un evento de este tipo en su fase inicial (más que temprana), es algo muy difícil, es de una probabilidad de una en millones, lo que convierte a ésto en algo más difícil que ganarse la lotería.

Video: Es cerrajero y resgistró la explosión de una supernova.

Publicado el 22 feb. 2018

Para mí, Víctor se ganó la lotería.
¿Se entiende ahora por qué Astronomía es mirar para arriba?

Referencia:

Fuente:

pdp.