viernes, 25 de octubre de 2013

Supernovas, los elementos y las distancias del Universo

 DIALOGO CON MELINA BERSTEN, ASTRONOMA E INVESTIGADORA DEL INSTITUTO KAVLI DE FISICA Y MATEMATICA DEL UNIVERSO, UNIVERSIDAD DE TOKIO


Objetos privilegiados de la astrofísica, las supernovas son fundamentales en el estudio del Big Bang y de las galaxias. Además, las supernovas termonucleares son los mejores objetos para medir distancias cosmológicas y la aceleración de la expansión del Universo.

–¿Quiere presentarse?
–Soy astrónoma, estudié en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata. Mi tesis de licenciatura fue focalizada en física teórica, en temas relacionados con la teoría de cuerdas y la física de partículas. Hice el doctorado en Astronomía en la Universidad de Chile. Y hoy soy investigadora posdoctoral en el Instituto Kavli de Física y Matemática del Universo, Universidad de Tokio, en Japón.
–Y está pensando en volver al país... –Así es. En junio me presenté a la carrera de investigación del Conicet desde el extranjero. La respuesta la voy a saber a fin de año. Pienso que en este momento tenemos excelentes condiciones para desarrollar la ciencia en la Argentina, con organismos activos como el Conicet, con un enorme potencial en recursos humanos que no es fácil de conseguir en otras partes del mundo, y que incorpora científicos jóvenes y repatría a los que se han ido del país para realizar investigaciones de alto nivel.
–Usted se dedica a la astrofísica de las supernovas. ¿Por qué nos interesan las supernovas? –Creo que toda persona alguna vez ha levantado la cabeza y ha querido saber por qué está acá y qué hay allá arriba. Después viene el interés por las supernovas. Las condiciones físicas que se producen allí son únicas. Son los únicos objetos astronómicos que producen esas condiciones, porque por ejemplo, los agujeros negros también producen condiciones físicas interesantes, pero no podemos observarlos directamente. Las supernovas están totalmente relacionadas con la evolución química y energética de las galaxias, porque al explotar inyectan una cantidad enorme de energía en la galaxia y se presume, aunque no está totalmente confirmado, que eso puede disparar la formación estelar. Además, produce los elementos químicos más pesados y los esparce en el medio interestelar. Sin las supernovas no se podría entender la composición actual del medio interestelar.
–El hidrógeno, el helio y el litio son los tres elementos que se generaron en el Big Bang... –Y todo el resto de los elementos se generan en el núcleo de las estrellas, y las supernovas son las encargadas de esparcirlos. Si uno quiere saber cómo evolucionaron químicamente una galaxia y el universo, necesita entender cómo funciona una supernova. Las supernovas en sí mismas son objetos muy interesantes.
–¿Por qué? –Porque se pueden aplicar muchísimas leyes de la física fundamental. Las condiciones que tiene una supernova son muy similares, por ejemplo, en lo que tiene que ver con la presión y la temperatura a las que se generaron durante el Big Bang. Las supernovas son fundamentales para entender la nucleosíntesis del universo. Además, están estrechamente relacionadas con otros objetos de gran interés astrofísico: los pulsares, las estrellas de neutrones y los agujeros negros de masa estelar, no los supermasivos que existen en el núcleo de las galaxias, ya que éstos son el remanente de una explosión de supernova.
–Aclaremos que las supernovas son el estallido de una estrella masiva. –En realidad, existen diferentes tipos de supernovas. A grandes rasgos es posible dividirlas en dos: las que provienen de la explosión de estrellas masivas que llamamos “supernovas de colapso gravitatorio”, y las que provienen de estrellas de menor masa, pero que forman parte de un sistema binario donde una de las estrellas es una enana blanca que recibe materia de su estrella compañera y explota por otro mecanismo. A éstas se las denomina “supernovas termonucleares” o de tipo Ia. Las supernovas que yo estudio son las de colapso gravitatorio, es decir, las que representan el final de la evolución de estrellas masivas, que cuentan con una masa mayor que unas ocho veces la del Sol. Estrellas que son de menor masa no van a explotar, se supone que van a morir como enanas blancas. Pero de las estrellas que tienen más masa se espera que exploten, aun si no son parte de un sistema binario. Y en ese momento se las observa en el cielo como un objeto muchísimo más brillante que una estrella, que puede brillar por un mes con un brillo similar al de una galaxia.
–¿Por qué son interesantes para estudiarlas? –Además de que son importantes para entender la nucleosíntesis del universo, son objetos ideales para las mediciones de distancias cosmológicas. La medición de distancias en el universo es uno de los problemas más difíciles de la astronomía y las supernovas de tipo Ia son los mejores patrones lumínicos que existen a grandes distancias. Esto es por así por dos razones: porque son muy brillantes y es posible observarlas a grandes distancias y porque es posible estandarizar el brillo intrínseco del objeto. Es decir, conocemos la energía que emite el objeto por unidad de tiempo. Luego, si lo vemos más débil es porque está más lejos. La característica temporal de estos objetos es también una ventaja, ya que son objetos que pueden verse por un tiempo y establecer un evento temporal. Aparecen y desaparecen después de meses. A partir de las condiciones que se dan, en su interior, se van produciendo los diferentes elementos químicos de los cuales estamos hechos nosotros. Las estrellas, en principio, brillan porque se está produciendo fusión y liberan energía, pero cuánta fusión de diferentes elementos se puede hacer, va a depender de la masa inicial que tenga la estrella.
–¿Por ejemplo? –Una estrella como el sol, a una determinada fase, no puede seguir quemando determinados elementos, pero cuanto más masiva sea más presión y temperatura va a tener y más posibilidades tiene de seguir creando los elementos químicos de la tabla periódica, hasta el hierro. Ahí, cuando el hierro ya no puede seguir produciendo energía por este proceso, el objeto tiende a colapsar, se hace muy denso y llega a condiciones extremas, muy extremas, de física extrema, de física que se estudia en el Big Bang.
–¿Cuántas supernovas por año estallan en una galaxia común? –Eso depende del tipo de galaxia. Se espera más o menos una supernova por siglo en una galaxia dada. Pero como los astrónomos observan muchas galaxias cotidianamente, en un año se descubren cientos de supernovas, en cientos de galaxias distintas.
–Pero, ¿por qué no se observa una supernova por siglo en nuestra galaxia? –La última supernova galáctica que fue observada es la que sucedió en 1604, conocida como la supernova de Kepler, observada por Kepler y Galileo, entre otros. Se suele adjudicar la no observación frecuente de supernovas galácticas a que nos encontramos inmersos en el disco denso de la galaxia misma y, por eso, puede suceder que no veamos las supernovas que explotan “del otro lado”, más allá del núcleo galáctico, que quedarían ocultas. La estrella más cercana que se supone que va a explotar es Betelgeuse, que es la más brillante de la constelación de Orión (donde están también Las Tres Marías) y creo que es el hombro derecho de Orión. Es una estrella bastante roja que puede verse a simple vista. A partir de las propiedades que tiene hoy Betelgeuse, nosotros hicimos unos cálculos de cómo se observaría su explosión desde la Tierra y del posible efecto nocivo sobre el planeta y los seres vivos. Según estos cálculos, la supernova podría verse durante el día por aproximadamente un año y llegaría en su máximo esplendor a tener un brillo comparable al de la Luna llena.
–Hay varios tipos de supernovas. Una es la supernova de una estrella, que colapsa y por alguna razón explota... –Así es. Una es la explosión de una estrella masiva aislada que proviene del colapso de su núcleo cuando ya no puede producir más energía. La segunda posibilidad es la supernova que proviene de una estrella de baja masa que forma parte de un sistema binario. En este último caso, se trata de una estrella enana blanca que, si tiene una compañera que le transfiere materia, entonces se torna inestable y se desata una explosión termonuclear. Ese tipo de supernovas, conocidas como supernovas de tipo Ia, son consideradas las más importantes para la cosmología, porque son sistemas muy homogéneos. Es decir, de una enana blanca sabemos qué masa tiene, qué radio tiene y eso hace que la forma de explotar, su emisión de luz en función del tiempo, sea muy estándar. Es una standard candle o patrón lumínico. Sabemos el brillo intrínseco que tiene que tener este tipo de supernovas, entonces al saber eso, si la vemos más débil es porque debe estar más lejos, lo cual permite calcular distancias. Son, de hecho, los mejores objetos que se conocen para medir distancias a escalas cosmológicas. Y justamente con ellas es que se descubrió la aceleración de la expansión del universo, lo que llevó a la propuesta de una nueva forma desconocida de energía, la “energía oscura”. Todo esto condujo a una revolución en nuestra cosmovisión y posiblemente en la física fundamental.
–El descubrimiento de la aceleración del universo fue Premio Nobel en Física hace unos años... –Así es, en 2011. Se lo dieron a tres científicos, dos norteamericanos y un australiano. La revolución que significó conocer la aceleración del universo se descubrió con supernovas. Al ser éstos patrones lumínicos ideales, se dieron cuenta de que la ley que seguía no era la ley que se esperaba para algo que estuviera expandiéndose de manera constante, y descubrieron que se estaba acelerando.