martes, 17 de mayo del 2022 Fecha
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¡Enanas blancas! Estrellas misteriosas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (3)

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Una enana blanca es una pequeña y densa estrella que es el resultado final de la evolución de así todas las estrellas (por el ejemplo el Sol), excepto las muy masivas. Según todos los estudios y observaciones, cálculos, experimentos de simulación, etc., estas estrellas se forman cuando, al final de la vida de las estrellas medianas, cuando agotan el combustible de fusión nuclear, se produce el colapso de sus núcleos estelares, y quedan expuestas cuando las partes exteriores de la estrella son expulsadas al espacio interestelar para formar una Nebulosa Planetaria.

Evolución De Las Estrellas: Origen, Nacimiento, Evolución Y Muerte

El Núcleo se contrae bajo su propia gravedad hasta que, habiendo alcanzado un tamaño similar al de la Tierra , se ha vuelto tan densa (5 x 108 Kg/m3) que sólo exista su propio colapso  por la presión de degeneración de los electrones (como sabéis los electrones son fermiones que estando sometidos al Principio de exclusión de Pauli, no pueden ocupar ninguno de ellos el mismo lugar de otro al tener el mismo número cuántico y, siendo así, cuando se juntan demasiado, se degeneran y comienzan una frenética carrera que, en su intensidad, puede, incluso frenar la implosión de una estrella -como es el caso de las enanas blancas).

Las enanas blancas se forman con muy altas temperaturas superficiales (por encima de los 10 000 K) debido al calor atrapados en ellas, y liberado por combustiones nucleares previas y por la intensa atracción gravitacional que sólo se ve frenada por la degeneración de los electrones que, finalmente, la estabilizan como estrella enana blanca.

Este tipo de estrellas, con el paso del tiempo, se enfrían gradualmente, volviéndose más débiles y rojas. Las enanas blancas pueden constituir el 30 por ciento de las estrellas de la vecindad solar, aunque debido a sus bajas luminosidades  de 10-3 - 10-4 veces la del Sol, pasan desapercibidas. La máxima máxima posible de una enana blanca es de 1,44 masas solares, el límite de Shandrasekhar. Un objeto de masa mayor se contraería aún más y se convertiría en una estrella de neutrones o, de tener muha masa, en un agujero negro

Museo de Astronomía y GeodesiaEnana blanca: qué es, características y formación | Meteorología en Red

Después de eyectar las cpas exteriores que forman la Nebulosa Planetaria, se condensa más más

Las enanas blancas son estrellas calientes y pequeñas, generalmente como del tamaño de la Tierra, por lo que su luminosidad es muy baja. Se cree que las enanas blancas son los residuos presentes en el centro de las nebulosas planetarias. Dicho de otra manera, las enanas blancas son el núcleo de las estrellas de baja masa que quedan después de que la envoltura se ha convertido en una nebulosa planetaria.

El núcleo de una enana blanca consiste de material de electrones degenerados. Sin la posibilidad de tener nuevas reacciones nucleares, y probablemente después de haber perdido sus capas externas debido al viento solar y la expulsión de una nebulosa planetaria, la enana blanca se contrae debido a la fuerza de gravedad. La contracción hace que la densidad en el núcleo aumente hasta que se den las condiciones necesarias para tener un material de electrones degenerados. Este material genera presión de degeneración, el cual contrarresta la contracción gravitacional.

                                                Enana blanca | Astronomía | Estrellas de masa menor | Wikisabio

                                                 En azul la enana blanca Sirio B

Al ser estudiadas más a fondo las propiedades de las enanas blancas se encontró que al aumentar su masa, su disminuye. A partir de esto es que se encuentra que hay un límite superior para la masa de una enana blanca, el cual se encuentra alrededor de 1.4 masas solares (MS). Si la masa es superior a 1.4 MS la presión de degeneración del núcleo no es suficiente para detener la contracción gravitacional. Este se llama el límite de Chandrasekhar.

Debido a la existencia de este límite es que las estrellas de entre 1.4 MS y 11 MS deben perder masa para poder convertirse en enanas blancas. Ya explicamos que dos medios de pérdida de masa son los vientos estelares y la expulsión de nebulosas planetarias.

A supernova remnant about 7,000 light years from Earth.

                                       A esto puede dar lugar la unión de dos enanas blancas

Después de que una estrella se ha convertido en enana blanca, lo más probable es que su destino sea enfriarse y perder brillo. Debido a que las enanas blancas tienen una baja luminosidad, pierden energía lentamente, por lo que pueden permanecer en esta etapa en el orden de años. Una vez que se enfrían, se vuelven rocas que se quedan vagando por el Universo. Este es el triste destino de nuestro Sol.

La detección de enanas blancas es difícil, ya que son objetos con un brillo muy débil. Por otro lado, hay ciertas diferencias en las enanas blancas según su masa. Las enanas blancas menos masivas sólo alcanzan a quemar hidrógeno en helio. Es decir, el núcleo de la estrella nunca se comprime lo suficiente como para alcanzar la temperatura necesaria para quemar helio en carbono. Las enanas blancas más masivas sí llevan a cabo reacciones nucleares de elementos más pesados, es decir, en su núcleo podemos encontrar carbono y oxígeno.

Comparación de tamaños entre la enana blanca IK Pegasi B (centro abajo), su compañera de clase espectral A IK Pegasi A (izquierda) y el Sol (derecha). Esta enana blanca tiene una temperatura en la superficie de 35.500 K.

Allá por el año 1908, siendo Chandraskhar un avanzado estudiante de física, vivía en Madrás, en la Bahía de Bengala (En cuyo Puerto trabajó  Ramanujan), y, estando en la aquella ciudad el célebre científico Arnold Sommerfeld, le pidió audiciencia y se pudo entrevistar con él que, le vino a decir que la física que estudiaba estaba pasada, que ahora se estaban estudiando nuevos caminos de la física y, sobre todo, uno a cuya teoría se la llamaba mecánica cuántica que podía explicar el comportamiento de lo muy pequeño.

Subrahmanyan Chandrasekhar 1 300x204 Subramanyan Chandrasekhar

                        Chandrasekhar

Cuando se despidieron Sommerfeld dio a Chandrasekhar la prueba de imprenta de un artículo técnico que acaba de escribir. Contenía una derivación de las leyes mecano-cuánticas que gobiernan grandes conjuntos de electrones comprimidos en volúmenes pequeños, por ejemplo (para este caso) en una estrella enana blanca.

A partir de aquel artículo, Chandrasekhar buscó más información y estudió estos fenómenos estelares que desembocaban en enanas blancas. Este tipo de estrella habían sido descubiertas por las astrónomos a través de sus telescopios. Lo misterioso de las enanas blancas era su densidad extraordinariamente alta de la materia en su interior, una densidad muchísimo mayor que la de cualquier otra cosa que los seres humanos hubieran encontrado antes. Chandrasekhar no tenía forma de saberlo cuando abrió un libro de Eddintong que versaba sobre la materia, pero la lucha por desvelar el misterio de e4sta alta densidad le obligaría fibnalmente a él y a Eddintong a afrontar la posibilidad de que las estrellas masivas, cuando mueren, pudieran contraerse para formar agujeros negros.

De las enanas blancas más conocidas y cercanas, tenemos a Sirio B. Sirio A y Sirio B son la sexta y la séptima estrellas en orden de proxomidad a la Tierra, a 8,6 años-luz de distancia, y Sirio es la estrella más brillante en nuestro cielo. Sirio B orbita en torno a Sirio de la misma manera que lo hace la Tierra alrededor del Sol, pero Sirio B tarde 50 años en completar una órbita a Serio y la Tierra 1 año al Sol.

Eddintong describía como habían estimado los astrónomos, a partir de observaciones con telescopios, la masa y la circunferencia de Sirio B. La masa era de 0,85 veces la masa del Sol; la circunferencia media 118.000 km. Esto significaba que la densidad media de Sirio B era de 61.000 gramos por centímetro cúbico, es decirm 61.000 veces mayor que la densidad del agua. “Este argumento se conoce ya desde hace algunos añis -nos decía Eddintong-” Sin embargo, la mayoría de los astrónomos de aquel tiempo, no se tomaban en serio tal densidad, Sin embargo, si hubieran conocido la verdad que ahora conocemos: (Una masa de 1,05 soles, una circunferencia de 31.000 km y una densidad de 4 millones de gramos por cm3), la habrían considerado aún más absurda.

Nebulosa Ojo De Gato: Lo Que Debes Saber Al Respecto

Arriba la famosa Nebulosa planetaria ojo de Gato que, en su centro luce una estrella enana blanca de energéticas radiaciones en el ultravioleta y que, a medida que se vaya enfriando, serán de rayos C y radio hasta que, dentro de unos 100 millones de años vieja y fría, será más rojiza y se habrá convertido en eun cadáver estelar.

Aquellos trabajos de Chandraskar y Eddintong desembocaron en un profundo conocimiento de las estrellas de neutrones y, se llego a saber el por qué conseguían el equilibrio que las estabilizaba a través de la salvación que, finalmente encontraban, en la mecánica cuántica, cuando los electrones degenerados por causa del Principio de exclusión de Pauli, no dejaban que la fuerza gravitatoria continuara el proceso de contracción de la estrella y así, quedaba estabilizada como estrella de neutrones.

De la misma manera, se repetía el proceso para estrellas más masivas que, no pudiendo ser frenadas en su implosión gravitatoria por la degeneración de los electrones, sí que podÍa frenarse la Gravedad, mediante la degeneración de los Neutrones. Cuando esa estrella más masiva se contraía más y más, el Principio de exclusión de pauli que impide que los fermiones estén juntos, comenzaba su trabajo e impedía que los neutrones (que son fermiones), se juntaran más, entonces, como antes los electrones, se degeneraban y comenzaban a moverse con velocidades relativistas y, tan hecho, impedía, por sí mismo que la Gravedad consiguiera comprimir más la masa de la estrella que, de esta manera, quedaba convertida, finalmente, en una Estrella de Neutrones.

Al formarse la estrella de neutrones la estrella se colapsa hasta formar una esfera perfecta con un radio de tan solo unos 10 kilómetros. En este punto la presión neutrónica de Fermi resultante compensa la fuerza gravitatoria y estabiliza la estrella de neutrones. Apenas una cucharilla del material que conforma una estrella de neutrones tendría una masa superior a 5 x 1012 kilogramos.

Los modelos de estrellas de neutrones que se han logrado construir utilizando las leyes físicas presentan varias capas. Las estrella de neutrones presentarían una corteza de hierro muy liso de, aproximadamente, un metro de espesor. Debajo de esta corteza, prácticamente todo el material está compuesto por núcleos y partículas atómicas fuertemente comprimidos formando un “cristal” sólido de materia nucleica.

Las estrellas de neutrones y quarks explicadas para todos los públicos: así  se forman dos de los objetos más asombrosos del universoQué son las estrellas de neutrones?

Son objetos extremadamente pequeños y densos que surgen cuando estrellas masivas sufren una explosión supernova del tipo II, el núcleo se colapsa bajo su propia gravedad y puede llegar hasta una densidad de 1017 Kg/m3. Los electrones y los protones que están muy juntos se fusionan y forman neutrones. El resultado final consiste solo en neutrones, cuyo material, conforma la estrella del mismo nombre. Con una masa poco mayor que la del Sol, tendría un diámetro de sólo 30 Km, y una densidad mucho mayor que la que habría en un terón de azúcar con una masa igual a la de toda la humkanidad. Cuanto mayor es la masa de una estrella de neutrones, menor será su diámetro. Está compuesta por un interior de neutrones superfluidos (es decir, neutrones que se comportan como un fluido de viscosidad cero), rodeado por más o menos una corteza sólida de 1 km de grosos compuesta de elementos como el hierro. Los púlsares son estrellas de neutrones magnetizadas en rotación.  Las binarias de rayos X masivas también se piensan que contienen estrellas de neutrones.

Los 10 materiales y objetos más densos del UniversoCuál es el material más denso del universo?

Todos aquellos argumentos sobre el comportamiento de las enanas blancas vinieron a desembocar en la paradoja de Edddintong que, en realidad, fue resulta por el Joven Chandrasekhar en el año 1925 al leer un artículo de R.H. Fowler “Sobre la materia densa”. La solución residía en el fallo de las leyes de la física que utilizaba Eddintong. Dcihas leyes debían ser reemplazadas por la nueva mecánica cuántica, que describía la presión en el interior de Sirio B y otras enanas blancas como debida no al calor sino a un fenómeno mecano-cuántico nuevo: los movimientos degenerados de los electrones, también llamado degeneración electrónica.

La degeneración electrónica es algo muy parecido a la claustrof0via humana. Cuando la materia es comprimida hasta hasta una densidad 10.000 veces mayor que la de una roca, la nube de electrones en torno a cada uno de sus núcleos atómicos se hace 10.000 veces más condensada, Así, cada electrón queda confinado en una “celda” con un volumen 10.000 veces menor que el volumen en el que previamente podía moverse. Con tan poco espacio disponible, el electrón, como nos pasaría a cualquiera de nosotros, se siente incómodo, siente claustrofobia y comienza a agitarse de manera incontrolada, golpeando con enorme fuerza las paredes de las celdas adyacentes.

las estrellas enanas brillan menos que el SolCiencias para el mundo contemporáneo

El Sol será una gigante roja y enana blanca después dejando una nebulosa planetaria y la Tierra Yerma

Nada puede detenerlo, el electrón está obligado a ello por las leyes de la mecánica cuántica. Esto está producido por el Principio de exclusión de Pauli que impide que dos fermiones estén juntos, así que, esta fuerza es, la que finalmente posibilita que la estrella que se comprime más y más, quede finalmente construida y estable como una enana blanca.

emilio silvera

 

La supergravedad

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (3)

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La fuerza gravitatoria es, sin duda, una fuerza muy importante  que actúa sobre las partículas elementales que tienen masa. Es cierto que, la fuerza, cuando se trata de que interaccione con minusculos objetos, es casi despreciable, eso ocurre con los átomos y moléculas y todas las demás partículas de las que aquí hemos hablado en infinidad de ocasiones. Pero cuando miramos a partículas considerablemente menores que el tamaño del núcleo atómico, se alcanza un punto de retorno. La gravedad actúa sobre la masa de las partículas, mientras que todas las demás fuerzas actúan sobre algo que llamamos “carga”. La diferencia es que la carga depende muy ligeramente del grado de amplificación de nuestro microscopio, mientras que la masa está conectada con la energía.

y si tratamos de localizar una partícula en un volumen menor entonces, de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, ahó habrá más movimientos y la energía de movimiento (llamada “energía cinética”) aumenta. Por esta razón, a distancias menores corresponden energías mayores y, por lo tanto, también masas mayores. Cuando las distancias son tan pequeñas que los movimientos se hacen relativistas (esto es, alcanzan velocidades cercanas a la velcoidad de la luz) los efectos de la fuerza gravitatoria comienzan a aumentar gradualmente en comparación con las demás fuerzas; sin embargo, aún son increíblemente débiles y tienen un largo camino por recorrer hasta poder competir en intensidad.

Claro que, todo esto, incluso para los grandes expertos, es altamente confuso y, nos viene a decir que, el límite nuestras teorías está definido por las unidades de Planck. Más allá de ellas (El Tiempo de Planck, la masa y la  Energía de Planck, etc.) nada sabemos.

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Localizan el agujero negro que crece más rápido en el universoEncuentran un agujero negro tan grande que parece imposible • Tendencias21

El Hubble espía la guarida de las estrellas gigantes

En todas las regiones del espacio interestelar donde existen objetos de enormes densidades y estrellas super-masivas se pueden producir, en cualquier momento, sucesos de energías increíbles que, son captados por nuestros ingenios detectando magnitudes de energías nunca antes conocidas. Estrellas nuevas y masivas que irradian en el ultravioleta generando fuerzas que inundan regiones inmensas y bañando la materia interestelar de manera tal que, en esas estrellas nuevas han comenzado aquellos mecanismos de creación de la materia que se transforma continuamente mediante su desarrollo evolutivo que, la llevará, finalmente, al surgimiento de la vida.

Big Bang models back to Planck time

Pero sigamos , según lo que podemos entender y hasta donde han podido llegar nuestros conocimientos actuales, ahora sabemos donde están las fronteras: donde las masas o las energías superan 1019 veces la masa del protón, y esto implica que estamos mirando a estructuras con un tamaño de 10-33 centímetros. Esta masa la conocemos con el nombre de masa de Planck y a la distancia correspondiente la llamamos distancia de Planck. La masa de Planck expresada en gramos es de 22 microgramos, que la es la masa de un grano muy pequeño de azúcar (que, por otra parte, es el único número de Planck que parece más o menos razonable, ¡los otros números son totalmente extravagantes!). Esto significa que tratamos de localizar una partícula con la precisión de una longitud de Planck, las fluctuaciones cuánticas darán tanta energía que su masa será tan grande como la masa de Planck, y los efectos de la fuerza gravitatoria entre partículas, así, sobrepasarán los de cualquier otra fuerza. Es decir, para estas partículas la gravedad es una interacción fuerte.

Qué relación hay entre la gravedad y las otras fuerzas? | Actualidad |  Investigación y CienciaY si el espacio tiempo no es continuo, sino que está dividido en pequeñas  «piezas»?

Si la Gravedad llega a ser una interacción fuerte, será un verdadero desastre. No se puede evitar lamentando que hará de la gravedad algo tan difícil como “la cromo-dinámica cuántica” cuando interacciona con los quarks. Aquí la situación es mucho más grave. Cuanto más pequeñas sean las estructuras que tratamos de estudiar más intensa es esta fuerza, hasta el extremo de que incluso los intentos más burdos para describirla darán lugar a resultados completamente absurdos.

La Teoría de la Relatividad: Las escalas de PlanckNo hay ninguna descripción de la foto disponible.

Todo lo que conocemos acerca de la Naturaleza será inválido en la escala de Planck, y nosotros que pensábamos que conocíamos todo con gran precisión. La Teoría de Einstein acerca de la Naturaleza de la fuerza gravitatoria funciona espléndidamente. parte de un principio muy fundamental, uno que prácticamente tiene que ser correcto: la gravedad es una propiedad del espacio y el tiempo mismos. El Espacio y el Tiempo están “curvados” quiero decir exactamente lo que sucede a un trozo de papel cuando se humedece: de deforma y no hay manera de alisarlo ni pasándole la plancha caliente. La guerza Gravitatoria es la responsable de semejante rugosidad en el espacio tiempo.

Por qué el tiempo pasa más despacio cerca de un agujero negro? Caso  «Interstellar» – Ciencia de SofáMiden una distorsión del espacio-tiempo a 25,000 años-luz de la Tierra -  INVDES

                      El Tiempo transcurre más despacio en las cercanías de un agujero negro

Sabemos que el espacio se curva en presencia e grandes masas que también, llegan a distorsionar el Tiempo. Otra cuestión sería saber el por qué de tan extraño suceso que hemos adjudicado al funcionamiento de la Interacción gravitatoria de la que, sabiendo mucho, no hemos podido llegar a saberlo todo.

Cuando más cerca estamos de la Longitud de Planck más fuerte resulta la necesidad de aplicar las leyes de la me´canica cuántica a esas arrugas del espacio-tiempo. Mientras las arrugas sean pequeñas, sabemos hacerlo y así obtenemos una teoría conocida como “gravedad cuántica”. Esta teoría predice la existencia de los ya tantas veces mencionados Gravitones. esas “partículas” elementales con espín 2 y masa cero.

 

Explicándolo brevemente, la Longitud de Planck hace referencia a que cualquier partícula que mida menos de esa longitud, dejará de tener una geometría clásica, es decir,  un objeto sin las dimensiones que conocemos, las cuales son largo, ancho, y profundidad.  Cuando hablamos de espuma cuántica, nos referimos a que el tejido del universo, se halla sobre estas longitudes. La longitud de Planck es de…

 

\ell_P =\sqrt\frac{\hbar G}{c^3} \approx 1.616 199 (97) \times 10^{-35} \mbox{ metros}

 

Qué es la espuma cuántica? | Muy Interesante

¿será así la espuma cuántica

 

Cuanto más cerca estamos de la Longitud de Planck, más rugoso se vuelve el espacio-tiempo, simplemente porque las arrugas más pequeñas se hacen más pronunciadas que las grandes. Las incertidumbres usuales, típicas de la mecánica cuántica, harán que las arrugas sean más borrosas. Y si tratamos de ir más allá de la Longitud de Planck, todo funciona mal. La curvatura y la incertidumbre llegan a ser tan grandes que la noción de “distancia entre dos puntos” deja de tener sentido, porque no hay reglas para medir que se ajusten a este espacio. El espacio y el tiemopo mismos se vuelven magnitudes inútiles. La definición matemática de lo que “significa” el espacio y el tiempo depende de la definición de “distancia entre dos puntos”. Esto probablemente implica que antes de encontrar una descripción útil del mundo sub-Plankiano, tendremos que cambiar completamente lo que sabemos de física.

Reconocimiento a los padres de la supergravedad | En perspectiva | SciLogs  | Investigación y Ciencia

Qué es la super-gravedad, la teoría ganadora del ‘Oscar de la Ciencia’ – Tec Review

La última parada antes de que tal cosa suceda se llama “super-gravedad”, una construcción matemáticamente complicada que consigue combinar la supersimetría con la fuerza gravitatoria pero, ¿qué es la super-gravedad? Meternos en esos berenjenales matemáticos sería algo engorroso y (para muchos) aburrido.

¿Qué pasa entonces con la super-gravedad? Aquí, al principio las cosas parecen mucho mejores e incluso al nivel de tres lazos nada parece ir mal. Los entusiastas afirman que esto no podía ser una coincidencia y que la teoría final de todas las fuerzas podría estar a la vista. ¿Una teoría de todas las fuerzas? ¿Podemos imaginar una cosa así? ¿Sería posible una formulación exacta  de las leyes de la física? ¿Se podría encontrar eso alguna vez?. Claro que, todo esto nos lleva a “universos” insospechados, lugares cada vez más pequeños en un reino donde el espacio y el tiempo dejan de existir, ya no podemos hablar de puntos y, nos vemos obligados a tener que hablar de cuerdas vibrantes.

 

http://guillegg.files.wordpress.com/2010/06/strings1.jpg

 

 

¿Quién sabe? Como decía en alguna ocasión, también en esta ocasión, los teóricos podrían haber dado en el blanco y, con su intuición “infinita”, haber descubierto que toda la materia del universo está formada por cuerdas vibrantes y armónicas que se conjugan de diferentes maneras, produciendo con sus pulsos, nuevas partículas.

¡Es todo tan extraño! ¡Es todo tan complejo! y, sobre todo…¡sabemos tan poco!

emilio silvera