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Investigadora del CIEMAT da una conferencia en el Museo de las Ciencias de Valencia

 

13/02/2020

Partículas elementales y astropartículas

El pasado 5 de febrero la Dra. Mercedes Mollá, investigadora de Astrofísica de Partículas del CIEMAT, dio una conferencia titulada Galaxias, estrellas, supernovas y la formación de elementos químicos, en el Museo de las Ciencias de Valencia (Sala Grisolía), en calidad de ponente invitada.  En esta conferencia se trató el tema de cómo aparecen los diferentes elementos químicos en el Universo, la relación con la formación de estrellas y galaxias y la importancia de las explosiones supernovas en la creación de dichos elementos y también en su dispersión posterior en el medio interestelar.

  

Las galaxias son estructuras con un enorme número de estrellas de todos los tipos. Estas estrellas mueren después de un tiempo, no todas de la misma manera. Una de esas formas es explotar como una supernova. Tanto de este modo como de otros, la materia de la que están hechas estas estrellas acaba, tras su muerte, en el medio interestelar, con el que pueden formarse nuevas estrellas. Una cuestión importante es que en el interior de las estrellas se forman los elementos químicos que conocemos, a partir de la llamada nucleosíntesis estelar, por lo que parte de esa materia eyectada está compuesta por elementos químicos recién creados, incrementándose así su proporción en un proceso llamado enriquecimiento químico del universo. 

  

Otro punto importante es que no todas las estrellas son capaces de crear todos los elementos químicos. Así las estrellas menos masivas (con masas menores a 4 veces la masa del Sol) solo pueden convertir el H en He y el He en C, pero no pueden crear elementos químicos más allá de éste porque no tienen la energía suficiente para tener las reacciones nucleares necesarias. Las estrellas llamadas de masa intermedia (con masas entre 4 y 8 veces la del Sol) pueden sufrir el ciclo CNO por el que se crea C y N y a veces O, con algunas trazas de otros elementos. Por último, las estrellas masivas (con masas mayores de 8 veces la masa del Sol), son capaces de formar elementos químicos hasta  el Fe o el Ni. Todas estas reacciones de nucleosíntesis estelar que se producen en el interior de las estrellas son exotérmicas, es decir, eyectan energía, que es por lo que dichas estrellas brillan, manteniendolas así en equilibrio: la masa de las estrellas tiende a colapsarlas en el centro por el efecto de fuerza gravitatoria,  mientras  que la energía expulsada en las reacciones nucleares ejerce su fuerza hacia el exterior.

  

No es posible formar elementos químicos más pesados que el Fe o el Ni, en el interior de las estrellas porque las subsiguientes reacciones nucleares son endotérmicas, esto es necesitan de un aporte de energía para producirse. Esto ocurre cuando las estrellas masivas mueren, algo que hacen cuando se quedan sin “combustible” en su interior, la fuerza gravitatoria “gana” y la estrella colapsa explotando en una tremenda explosión supernova que eyecta del orden de 1053 erg. Esta energía puede usarse en esas reacciones endotérmicas para crear los elementos químicos más pesados que el Fe.

  

Por otra parte, existen otro tipo de explosiones, en este caso termonucleares, cuando un sistema binario (esto es, dos estrellas juntas), explota como una supernova de tipo Ia. En este caso, al evolucionar una de ellas eyecta fuera su envoltura, que entra en la esfera de influencia gravitatoria de la otra que la “atrapa”, acretando la masa de la primera hasta alcanzar una masa crítica (masa de Chandrasehkar, 1.4 veces la masa del Sol). En ese momento se da una deflagración nuclear. Las supernovas de tipo Ia (SNs-Ia) son esenciales en la Cosmología pues pueden usarse como candelas estándar y así medir distancias. Para el tema que nos ocupa, son importantes porque eyectan más de la mitad de una masa solar en forma de Fe.

  

Las estrellas mueren tras un periodo llamado vida media estelar, y resulta que esta vida media es inversamente dependiente de la masa estelar. Las estrellas masivas mueren en poco tiempo (una estrella de 100 Msol dura 3 millones de años) mientras que las que son tipo Sol duran casi la edad del universo (13000 millones de años). Así las estrellas masivas, de las que procede básicamente el O, eyectan este O y el resto de su producción al medio interestelar en 3 millones de años, mientras que el N, creado por estrellas de masa intermedia, aparece  200 millones de años después de crearse dichas estrellas, y el Fe, producido en SNs-Ia, necesita varios cientos de millones de años para aparecer. Esto produce diferencias en las abundancias relativas entre elementos, datos  que nos dan claves acerca de la historia de formación estelar en diferentes galaxias.

  

Otra cosa importante es que el Sol no es capaz de crear los elementos químicos que hay en la Tierra, y además aún no ha muerto, de manera que parece evidente que éstos proceden de una estrella (o varias) de una generación anterior, con la suficiente masa para crearlos y para explotar como supernova de tipo colapso gravitatorio. Estas supernovas crean una burbuja al explotar y barrer el medio que las rodea, haciendo que haya zonas con alta densidad donde pueden crearse nuevas estrellas que ya incorporen esos metales recién eyectados.  Esto es lo que al parecer ocurrió cuando se formó el Sol, que de hecho está en una burbuja local probablemente creada por una supernova.

  

Tras la conferencia, se desarrolló un coloquio donde se habló de todo ello, con un turno de preguntas acerca de la formación de elementos químicos, la posible explosión de Betelgeuse y otros temas de gran interés. Finalmente disfrutamos de una sesión de observación con telescopios.

  
 

Anuncio del evento.

Grabación de la conferencia.

  
Investigadora del CIEMAT da una conferencia en el Museo de las Ciencias de Valencia