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ORIGEN Y EVOLUCIÓN ESTELAR - PowerPoint PPT Presentation
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ORIGEN Y EVOLUCIÓN ESTELAR. José Gregorio Portilla . OBSERVATORIO ASTRON Ó MICO NACIONAL. “COLÓQUENME ENTRE LAS ESTRELLAS IMPERECEDERAS… PARA QUE NO MUERA” TEXTO DE LA PIRÁMIDE. LAS ESTRELLAS NO SON ETERNAS: NACEN, ENVEJECEN (EVOLUCIONAN) Y MUEREN PERO EN ALGUNOS CASOS RESUCITAN….
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Presentation Transcript
ESTRELLAS IMPERECEDERAS…
PARA QUE NO MUERA”
TEXTO DE LA PIRÁMIDE
LAS ESTRELLAS NO SON
ETERNAS: NACEN, ENVEJECEN
(EVOLUCIONAN) Y MUEREN
PERO EN ALGUNOS
CASOS RESUCITAN…
ESTRELLAS ES MUY RECIENTE
- ALGUNAS DE ELLAS CONFORMAN SISTEMAS DE DOS O MÁS ESTRELLAS
- POSEEN COLOR
- ALGUNAS DE ELLAS CAMBIAN DE BRILLO
- ALGUNAS DE ELLAS EXPLOTAN VIOLENTAMENTE
- LA MAYORÍA SON MUY ESTABLES (EJ: EL SOL)
SE PUEDEN MEDIR VARIAS PROPIEDADES
FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LAS ESTRELLAS
- DISTANCIA
- TAMAÑO
- LUMINOSIDAD (CANTIDAD DE ENERGÍA)
- MASA (SISTEMAS BINARIOS)
- TEMPERATURA SUPERFICIAL
- COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA
SE PUEDE MODELAR UNA ESTRELLA CON BASE
A LOS QUE SABEMOS DE LAS LEYES DE LA
FÍSICA Y LA QUÍMICA
EQUILIBRIOHIDROSTÁTICO
LA ENERGÍA QUE SE PRODUCE EN EL INTERIOR DE
LA ESTRELLA DEBE SALIR AL EXTERIOR
LA ENERGÍA DEBE SALIR DE ALGÚN LADO
UNIÓN DE ÁTOMOS
LIVIANOS PARA GENERAR
ÁTOMOS MÁS PESADOS
FUSIÓN NUCLEAR:
A
A
B
C
A+A > B+C
HAY UNA PERDIDA DE MASA
VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN TERMONUCLEAR
PROBABILIDAD DE QUE DOS PARTÍCULAS CHOQUEN Y EXCEDAN
SU NATURAL REPULSIÓN
Para el punto situado a una distancia r se puede
determinar la presión P, la temperatura T, la
densidad , la cantidad de masa que hay
comprendida en r, etc.
COMO CAMBIAN ESTOS VALORES
EN EL FUTURO O COMO ERAN EN
EL PASADO
MILLONES
DE AÑOS
AHORA
EN EL INTERIOR DE LAS NEBULOSAS
NACEN ESTRELLAS
A MEDIDA QUE LA NUBE SE CONTRAE
LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL
SE CONVIERTE EN ENERGÍA TÉRMICA DEL
GAS Y EN RADIACIÓN
EN RESUMEN, ES UN PROCESO, QUE PUEDE TARDAR
VARIOS MILLONES DE AÑOS
LAS ESTRELLAS ACTUALMENTE SÓLO
PUEDEN TENER MASAS COMPRENDIDAS
ENTRE 0.08 MSOL Y 100 MSOL
OBJETO QUE NO TIENE LA SUFICIENTE
MASA COMO PARA QUE SUCEDAN
REACCIONES NUCLEARES EN SU
INTERIOR
OBJETO TAN SUPREMAMENTE LUMINOSO QUE LA PRESIÓN DE RADIACIÓN HACE QUE EL MATERIAL
SE APARTE DE LA ESTRELLA
PREVIOS
- MAGNITUD APARENTE
- MAGNITUD ABSOLUTA
- TEMPERATURA SUPERFICIAL DE UNA ESTRELLA
APARENTE
NÚMERO QUE INDICA QUÉ TAN
BILLANTE ES UN ASTRO VISTO
DESDE LA TIERRA
ENTRE MÁS BRILLANTE
ES EL ASTRO, MÁS PEQUEÑO
ES EL NÚMERO
OBJETOS INTRÍNSECAMENTE
LUMINOSOS PERO SE VEN
MUY DÉBILES POR LA ENORME
DISTANCIA A LA QUE ESTÁN
TIERRA
MAGNITUD APARENTE QUE TENDRÍAN TODOS
LOS ASTROS SI ESTUVIERAN A UNA DISTANCIA
DE 32.6 AÑOS LUZ
10 PARSECS
TIERRA
SI RIGEL, QUE ESTÁ A UNA DISTANCIA DE 815
AÑOS LUZ, ESTUVIERA A LA DISTANCIA QUE ESTÁ
PRÓXIMA DEL CENTAURO, SERÍA TAN BRILLANTE
COMO LA LUNA LLENA)
LAS TEMPERATURAS SUPERFICIALES DE LAS
ESTRELLAS ESTÁN COMPRENDIDAS ENTRE
2500 Y 40000 oC
40000-20000
9000
6000
4000
3000
HABIENDO TANTA VARIEDAD DE ESTRELLAS UNO PODRÍA
PENSAR QUE LAS ESTRELLAS LLENAN UN DIAGRAMA DE BRILLO
INTRÍNSECO EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA SUPERFICIAL
Mv
-5
0
15
Calientes medianas frías
Temperatura
MAYOR PARTE DE SU VIDA EN LA
ZONA DE LA “SECUENCIA PRINCIPAL”
ZONA DE LA SECUENCIA
PRINCIPAL
LAS ESTRELLAS ESTÁN QUEMANDO
HIDRÓGENO Y CONVIRTIÉNDOLO EN
HELIO SIN MAYORES SOBRESALTOS
4H
He
PERO LAS ESTRELLAS NO PERMANECEN
EN UN SOLO SITIO EN EL DIAGRAMA HR
ELLAS VAN VIAJANDO A TRAVÉS DEL
DIAGRAMA A MEDIDA QUE VAN
ENVEJECIENDO
Muerte dependiendo de la masa
1. 0.05 a 3 Msol Enana blanca
2. 3 a 8 Msol Supernova (Estrella neutrónica)
3. > 8 Msol Supernova(Agujero negro)
Enana blanca: Presión electrónica soporta la gravedad
Estrella degenerada del tamaño de la Tierra
Estrella neutrón: La estrella se comprime hasta que protones y electrones se funden para producir neutrones. Presión nuclear atómica suporta la gravedad.
Estrella degenerada del tamaño de una ciudad
Agujero negro: Nada soporta el peso: último colapso gravitacional.
Estrella reducida al tamaño de un punto
REDUCE A UNA LUCHA CONTINUA
POR EVITAR EL COLAPSO GRAVITACIONAL
LA ESTRELLA EVITA EL COLAPSO
SIEMPRE Y CUANDO TENGA
COMBUSTIBLE PARA GENERAR
ENERGÍA EN SU INTERIOR
PERO ES UNA LUCHA QUE SIEMPRE TIENE
UN VENCEDOR: LA GRAVEDAD
RECORDANDO ALGO DE TEORÍA ATÓMICA
PROTÓN
NEUTRÓN
ÁTOMO DE HIDRÓGENO
ÁTOMO DE DEUTERIO
ÁTOMO DE HELIO-3
ÁTOMO DE HELIO-4
REACCIONES DOMINANTES
PARA ESTRELLAS CON MASAS
MENORES A DOS MASAS
SOLARES
REACCIÓN NETA:
4H
He
NEUTRÓN
DEPENDIENDO DE LA MASA DE LA ESTRELLA (TEMPERATURA
INTERNA) DOMINARÁ UNO U OTRO MECANISMO
PARA ESTRELLAS PEQUEÑAS COMO
EL SOL DOMINA LA CADENA P-P
PARA ESTRELLAS GRANDES DOMINA
EL CICLO CNO
UNA ESTRELLA CON MASA MENOR A LA
DEL SOL PUEDE UTILIZAR CASI TODO
EL HIDRÓGENO DISPONIBLE
LA ESTRELLA TIENE
UNA VIDA MUY LARGA
100.000’000.000 AÑOS
COMO TIENE POCA MASA LAS
REACCIONES NUCLEARES EN
SU INTERIOR SON MUY LENTAS
AL SOL EN SU INTERIOR ES RADIATIVA
Y EN SU EXTERIOR ES CONVECTIVA
EL SOL SÓLO UTILIZARÁ 10% DE SU HIDRÓGENO
ESTRELLA MUY MASIVA: EN SU INTERIOR
ES CONVECTIVA Y EN SU EXTERIOR RADIATIVA
UTILIZA MUY POCO DE SU HIDRÓGENO
DEBIDO A SU ENORME MASA SE VEN OBLIGADAS A QUEMAR CANTIDADES
GIGANTESCAS DE COMBUSTIBLE: DURAN POCO TIEMPO
¿CUÁL SERÁ EL DESTINO DE NUESTRO SOL?
4H
He
4’000.000 TON H/SEGUNDO
EN 5.000’000.000 AÑOS
HA GASTADO TAN SOLO
EL 5% DE SU HIDRÓGENO
EL NÚCLEO DEL SOL SE ESTÁ
LLENANDO PROGRESIVAMENTE
DE HELIO
¿QUÉ PASA CUANDO SE VA AGOTANDO EL HIDRÓGENO EN EL INTERIOR?
EL NÚCLEO SE CONTRAE Y SE CALIENTA, PERO AL AUMENTAR LA TEMPERATURA LAS CAPAS EXTERIORES SE INFLAN
LLEGA UN PUNTO DONDE LA TEMPERATURA ES TAN ALTA
QUE LO QUE ERA UN DESECHO (He) SE CONVIERTE AHORA EN
COMBUSTIBLE
EL NÚCLEO DE LA
ESTRELLA COMIENZA
A LLENARSE DE
CARBONO Y OXÍGENO
T=100’000.000 K
LA ESTRELLA SE INFLA COMO UN GRAN BALÓN
(LAS CAPAS EXTERIORES PUEDEN ESCAPAR
DE LA ATRACCIÓN CENTRAL)
SOL DENTRO DE 5000 MILLONES DE AÑOS
SOL AHORA
ESTAS ESTRELLAS EXPELEN GRAN CANTIDAD DE GAS
HACIA EL EXTERIOR (100000 AÑOS)
CAPA DE
GAS EYECTADO
ENANA
BLANCA
PLANETARIA
PLANETARIAS
Masa 1.1 masas solares
Radio 0.008 radios solares (5500 km)
Luminosidad (total) 0.04 luminosidad solar (1.6 x1025 W)
Temperatura superficial 24000 K
Densidad promedio 3x109 kg/m3
EL COLAPSO SE EVITA POR LA PRESIÓN
DE LOS ELECTRONES
MASA DE CHANDRASEKHAR: 1.2-1.4 MSOL
¿QUÉ LE OCURRE A LAS ESTRELLAS MÁS MASIVAS QUE EL SOL?
H
He
C, O
HAY SUFICIENTE MASA COMO PARA QUE AUMENTE LA TEMPERATURA
C+C
Ne
Mg + H
Ne + He
Ne + He
Mg
O+O
S
P + H
Si + He
Si + Si
Ni
Fe
EN EL NÚCLEO HAY DIFERENTES CASCARONES CONCÉNTRICOS
CADA UNO PRODUCIENDO ENERGÍA
DETIENE HASTA EL
HIERRO
HASTA AHORA LA FUSIÓN
DE NÚCLEOS LIVIANOS
PARA PRODUCIR NÚCLEOS
PESADOS PRODUCE ENERGÍA
PERO A PARTIR DEL HIERRO
LA FUSIÓN CONSUME
ENERGÍA
LA ESTRELLA ESTÁ EN
MUY SERIOS PROBLEMAS
OCURRE EL COLAPSO DEL NÚCLEO DE HIERRO (1 MASA SOLAR)
COLAPSO EN FRACCIONES DE SEGUNDO
LAS SUPERNOVAS DE TIPO II SON FRECUENTES
EN EL UNIVERSO
LAS PRESIONES SON TAN
ELEVADAS QUE LA PRESIÓN
ELECTRÓNICA ES VENCIDA Y
LOS ELECTRONES TERMINAN
POR COMBINARSE CON LOS
PROTONES PARA FORMAR
NEUTRONES
LÍMITE DE OPPENHEIMER-VOLKOV
MASA DEL NÚCLEO:1.5-2.0 MSOL
ESTRELLA CONVERTIDA
AL TAMAÑO DE UNA CIUDAD
PARA CONSERVAR EL
MOMENTUM ANGULAR
LA ESTRELLA SE VE OBLIGADA
A ROTAR MUY RÁPIDAMENTE
SI LA MASA DEL NÚCLEO EXCEDE EL LÍMITE DE
OPPENHEIMER-VOLKOV LA PRESIÓN DE LOS NEUTRONES NO
SOPORTA LA ATRACCIÓN GRAVITACIONAL
NINGUNA FUERZA EN EL UNIVERSO DETIENE EL COLAPSO
SI R TIENDE A CERO
LA VELOCIDAD DE
ESCAPE SE HACE MUY
GRANDE Y PUEDE
ALCANZAR LA
VELOCIDAD DE LA LUZ
2GM
V =
R
.
LA LUZ NO
PUEDE SALIR
AGUJERO NEGRO
SINGULARIDAD
Radio de Schwarzchild
La distancia desde el agujero negro hasta aquella en donde la velocidad de escape es la velocidad de la luz. R = 2 GM/c2
Objeto Masa (solar) Horizonte de eventos del agujero negro
Estrella 10 30 km
Estrella 3 9 km
Estrella 2 6 km
Sol 1 3 km
Júpiter 0.00009 28 cm
Tierra 0.000003 0.9 cm
DETECTAR AGUJEROS NEGROS AISLADO ES DIFICIL
UNA FORMA ES DETECTAR EL EFECTO “LENTE GRAVITACIONAL”
CYGNUS X-1
SAG A*: POSIBLE AGUJERO NEGRO MASIVO EN EL CENTRO
DE NUESTRA GALAXIA
MUCHAS ESTRELLAS SON AVES FÉNIX
RENACEN DE SUS
PROPIAS CENIZAS
ORIGEN A UNA NUEVA
GENERACIÓN DE ESTRELLAS
CON UN “INCONVENIENTE”:
LAS “NUEVAS” ESTRELLAS ESTÁN CONTAMINADAS DE
ELEMENTOS PESADOS
NEBULOSA REMANENTE
DE SUPERNOVA
NEBULOSAS REMANENTES DE SUPERNOVAS DARÁN
ORIGEN A NUEVAS ESTRELLAS
NUESTRO SOL ES UNA ESTRELLA DE SEGUNDA
O TERCERA GENERACIÓN
=400-700 nanómetros
LÍNEAS OSCURAS QUE INDICAN LAS LONGITUDES
DE ONDA QUE ABSORBIERON LOS ÁTOMOS DEL GAS FRÍO
ALGUNAS ESTRELLAS SON VERDADERAS
GIGANTES
MASA-LUMINOSIDAD
EXPLOSIONES DE ESTRELLAS AYUDAN A QUE SE
COLAPSE UNA NUBULOSA
A LAS ESTRELLAS
PARALAJE TRIGONOMÉTRICO
- MÁS CONFIABLE
- SÓLO FUNCIONA PARA CUERPOS CERCANOS
¿CÓMO DETERMINAR LAS MASAS DE LAS ESTRELLAS?
POR FORTUNA, MUCHAS DE LAS ESTRELLAS EN EL
UNIVERSO SON BINARIAS
ALBIREO
SIRIUS
- ENCONTRAR EL PERIODO DE TRASLACIÓN
- DISTANCIA MEDIA ENTRE ELLAS
PODEMOS DETERMINAR EL TAMAÑO DE LAS ESTRELLAS
INTERFEROMETRÍA
ALBERT MICHELSON
VARIANDO LAS DISTANCIAS DE LOS ESPEJOS
Y ESTUDIANDO EL PATRÓN DE INTERFERENCIA
ES POSIBLE CONOCER EL TAMAÑO DE LA
FUENTE DE LUZ (ESTRELLA)
CANTIDAD DE ENERGIA QUE LLEGA DEL SOL CADA SEGUNDO
S
1 METRO
SOL
F=1400 Julios/seg
1 cal = 4.18 julios
335 cal/seg
TIERRA
X
APARENTE
HENRIETTA LEAVITT
