Hay dos tipos generales de supernovas con causas muy diferentes:
- Tipo I, que son estrellas enanas blancas que recolectan demasiada masa de una estrella compañera, se acercan al Límite de Chandrasekhar donde la presión del electrón cuántico ya no puede combatir la gravedad y se quema de una vez en una detonación termonuclear, y
- Tipo II, que son supernovas de colapso del núcleo donde una estrella antigua masiva (de 8 a 50 veces la masa del Sol) se queda sin combustible en su centro y el colapso del núcleo resultante provoca la combustión repentina del combustible que queda en sus capas externas.
Ambos procesos liberan aproximadamente la misma cantidad de energía visible , diez a cincuenta y cincuenta ergias, conocida informalmente entre los astrofísicos como FOE. Esta es una unidad útil para usar en la discusión de estrellas en explosión en general.
Un FOE es 200 veces la masa de la Tierra convertida completamente en energía. Toda la producción de energía esperada de nuestro Sol durante toda su vida útil es 1.2 FOE.
Una explicación acerca de mi uso del término “energía visible” aquí. Con esto me refiero a la energía que podemos inferir de las observaciones ópticas de la estrella en explosión. Tan brillante como son las supernovas, una magnitud absoluta de −19.3 (5 mil millones de veces más brillante que el Sol) para un Tipo II (un Tipo I es el doble de brillante) solo aproximadamente el 1% de la energía visible en la explosión aparece como luz, o 0.01 FOE. El otro 99% de la energía es la energía cinética de la nube de gas en expansión de la explosión. Pero esa emisión del 1% es como podemos detectar supernovas. También llamo visible a la energía cinética de la nube en expansión, porque podemos ver la nube, medir su velocidad y estimar su masa, y así medir directamente su energía.
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Pero esta energía visible (un FOE, recuerde) es solo el 1% de la energía liberada por una supernova Tipo II. 100 FOE (20,000 veces la masa de la Tierra) se emite en forma de neutrinos, que es invisible para la observación óptica (aunque existen detectores de neutrinos, enormes tanques profundamente enterrados, ahora).
El brillo máximo (emisión de luz) de una supernova Tipo I o II es aproximadamente una quincuagésima millonésima parte de un FOE por segundo. El “brillo” máximo de emisión de neutrinos de una supernova Tipo II es de aproximadamente 400 FOE por segundo durante unos segundos, o 20 mil millones de veces la luminosidad óptica, que a su vez (recuerde) 5 mil millones de veces más brillante que el Sol, por lo que este neutrino pico la producción de energía es 100 mil millones de millones de veces mayor que la producción total de energía del Sol. *
En comparación, la salida de energía promedio de todo el Universo observable es de aproximadamente 10,000 FOE por segundo, ¡por lo que el pulso de neutrino alcanza brevemente el 4% de la salida de energía de todo el Universo!
Pero eso no es todo.
Las supernovas no son las explosiones más masivas en el Universo. Las hipernovas son. Estas son explosiones de estrellas super-masivas muy raras, más de 50 hasta aproximadamente 300 veces la masa del Sol.
Una hipernova grande no puede emitir un FOE, como una supernova miserable de Tipo I, o 100 FOE como un Tipo II, sino 10,000 FOE. De estos, 1 FOE está en forma de luz (lo que los hace aproximadamente un billón de veces más brillantes que el Sol), 100 FOE como energía cinética y, de nuevo, 99% como neutrinos. El pulso de neutrino máximo de una hipernova es más de 10,000 FOE / s, ¡haciéndolos brevemente más brillantes (en el espectro de neutrinos) que el resto del Universo en conjunto!
La hipernova más brillante que se detectó fue la ASASSN-15lh vista el 15 de junio de 2015, que coincide mucho con las cifras citadas anteriormente. Aunque estaba a 3.800 millones de años luz de distancia, era fácilmente detectable ya que emitía 50 veces más luz que toda la galaxia de la Vía Láctea.
Apéndice:
Y luego están los estallidos gamma (GRB) que producen las hipernovas.
Las hipernovas se colapsan en agujeros negros, y cuando lo hacen, producen chorros estrechos de rayos gamma de un grado o dos de ancho. Aproximadamente 1 FOE está contenido en estos chorros, igual a la luz visible total emitida en todas las direcciones, pero como están enfocados de manera limitada, parecen aproximadamente 10,000 veces más brillantes si uno está en el camino de uno.
Mientras que una supernova ordinaria tendría que estar a unos 25 años luz de distancia para causar serios problemas en la Tierra, una GRB de hipernova podría hacer eso a una distancia de 25,000 años luz.
El GRB más brillante jamás grabado en la Tierra era lo suficientemente brillante como para ser visible como un destello a simple vista a pesar de estar a miles de millones de años luz de distancia.
Pero incluso una hipernova como ASASSN-15lh no es el evento más energético jamás observado.
Ese honor es para la detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferometría Láser) el 14 de septiembre de 2015 a las 09:50:45 UTC. Este evento fue la fusión de dos agujeros negros con masas de 36 y 29 veces la masa del Sol. En el proceso de fusión, una masa igual a 3 veces la del Sol se convirtió en energía de onda gravitacional, y emitió un pulso de onda gravitacional que alcanzó un máximo de 500,000 FOE / seg, cincuenta veces más brillante que el resto del Universo. A pesar de que estaba a 1.300 millones de años luz de distancia, la densidad de energía de la onda que llega a la Tierra era de 0.2 vatios por metro cuadrado, casi lo mismo que sostener una linterna de iPhone a un metro de una superficie.
Es bueno para la vida en el Universo que los neutrinos y las ondas gravitacionales interactúen de manera tan débil con la materia, de lo contrario, estas explosiones esterilizarán colectivamente cada planeta potencial habitable en todas partes.
* Para poner en perspectiva los 100 mil millones de dólares, veinte órdenes de magnitud, esta es la diferencia entre una mosca que hace la mitad de un push-up y un cohete de carga pesada Saturn V que pone en órbita una carga útil de 100 toneladas.