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| ¿Qué alimenta nuestro Sol y otras estrellas? | Volumen 11 - No. 3 — Índice | Reanudación de la búsqueda de la estrella de neutrones |
¶ Resumen
Antes de la década de 1960, la respuesta de cualquier astrofísico que leyera la cita de la página 464 de los Documentos de Urantia que figura a continuación probablemente habría sido: «¿Quién escribió esa basura?».
Estas «partículas diminutas desprovistas de potencial eléctrico» fueron postuladas por primera vez a principios de la década de 1930 por Wolfgang Pauli como una posible respuesta a una fuente de energía faltante durante la desintegración beta radiactiva de los átomos. (Pauli se disculpó de inmediato por especular sobre algo que creía que nunca podría probarse). Sin embargo, la cita de la página 464 resultó ser una descripción precisa de un proceso que involucraba a las pequeñas partículas de Pauli y que tardó casi 30 años en confirmarse.
Una estrella como nuestro sol no colapsa bajo la gravedad debido a una contrapresión igual y opuesta generada por reacciones nucleares en su núcleo. El principal factor que previene el colapso es la lentitud con la que la energía de la luz se conduce hacia el exterior, alrededor de un millón de años. La importancia de las ‘pequeñas partículas desprovistas de propiedades’ de Pauli es que incluso en el interior del sol viajan cerca de la velocidad de la luz en el vacío. Y si se generan «en grandes cantidades», deben tener el potencial de eliminar esa contrapresión y asegurar el colapso de la estrella.
Durante muchos años, quedó mucha incertidumbre sobre la formación de estrellas de neutrones. Afortunadamente, en 1987, nuestra galaxia compañera, las Nubes de Magallanes, aclaró las cosas al albergar una explosión de supernova, seguida de una lluvia de neutrinos registrada en los enormes detectores de neutrinos construidos en Kamiokande en Japón.
¶ Contenido
«En los soles grandes … cuando el hidrógeno está agotado y la contracción gravitatoria tiene lugar a continuación, si dicho cuerpo no es lo suficientemente opaco como para retener la presión interna que apoya las regiones gaseosas exteriores, entonces se produce un colapso repentino. Los cambios eléctrico-gravitatorios dan origen a inmensas cantidades de minúsculas partículas desprovistas de potencial eléctrico, y estas partículas se escapan rápidamente del interior solar, ocasionando así en pocos días el desmoronamiento de un sol gigantesco.» (LU 41:8.3)
En 1934 no se sabía que existieran partículas diminutas desprovistas de potencial eléctrico que pudieran escapar fácilmente del interior de una estrella en colapso. De hecho, la realidad de tales partículas no se confirmó hasta 1956, un año después de la publicación de El Libro de Urantia. Wolfgang Pauli sugirió la existencia de partículas que podrían tener tales propiedades en 1932, porque los estudios sobre la desintegración beta radiactiva de los átomos habían indicado que un neutrón podría descomponerse en un protón y un electrón, pero las mediciones habían demostrado que el la energía de masa combinada del electrón y el protón no se sumaba a la del neutrón. Para explicar la energía faltante, Pauli sugirió que se emitiera una pequeña partícula neutra y luego, el mismo día, mientras almorzaba con el eminente astrofísico Walter Baade, Pauli comentó que había hecho lo peor que un físico teórico podría hacer, había propuesto una partícula que nunca podría ser descubierta porque no tenía propiedades. No mucho después, el gran Enrico Fermi retomó la idea de Pauli e intentó publicar un artículo sobre el tema en la prestigiosa revista científica Nature. Los editores rechazaron el artículo de Fermi por considerarlo demasiado especulativo.
Una cosa interesante a tener en cuenta es la declaración de El Libro de Urantia de que partículas diminutas desprovistas de potencial eléctrico serían liberadas en grandes cantidades durante el colapso de la estrella. Si, antes de aproximadamente 1960, cualquier autor que no fuera un físico de partículas experto estaba profetizando sobre la formación de una estrella de neutrones (una propuesta tremendamente especulativa de Zwicky y Baade a principios de la década de 1930), entonces seguramente ese autor habría estado pensando en la inversión. de desintegración beta en la que un protón, un electrón y la pequeña partícula neutra de Pauli se juntarían para formar un neutrón.
La desintegración beta radiactiva se puede escribir:
neutrón ⟶ protón + electrón + LNP
donde LNP significa pequeña partícula neutra.
Por lo tanto, lo contrario debería ser:
LNP + electrón + protón ⟶ neutrón
Para que esto ocurra, un electrón y un protón deben comprimirse para formar un neutrón, pero de alguna manera tendrían que agregar una pequeña partícula neutra para compensar la energía de masa faltante. Por lo tanto, en términos de conceptos científicos especulativos disponibles en 1934, El Libro de Urantia parece haber puesto las cosas al revés, ha predicho una gran liberación de LNP, cuando la reversión de la desintegración beta radiactiva parecería exigir que los LNP deberían desaparecer.
La idea de una estrella de neutrones se consideró altamente especulativa hasta 1967. La mayoría de los astrónomos creían que las estrellas de tamaño promedio, como nuestro sol, hasta estrellas muy masivas, terminaban sus vidas como enanas blancas. Las propiedades teóricas de las estrellas de neutrones eran demasiado absurdas; por ejemplo, un dedal lleno pesaría alrededor de 100 millones de toneladas. Una propuesta alternativa favorecida era que las estrellas grandes expulsarían su masa excedente pieza por pieza hasta que estuvieran por debajo del límite de Chandrasekhar de 1,4 masas solares, momento en el que podrían retirarse como respetables enanas blancas. Este proceso no implicó la liberación de grandes cantidades de diminutas partículas desprovistas de potencial eléctrico que acompañan al colapso estelar como se describe en la cita citada del Libro de Urantia.
La aceptación de la existencia de estrellas de neutrones ganó terreno lentamente con los descubrimientos que acompañaron el desarrollo de la radioastronomía y la astronomía de rayos X. La nebulosa del Cangrejo desempeñó un papel central a medida que surgieron ideas sobre ella en la década de 1950-1960. Originalmente observada como una explosión en el cielo por astrónomos chinos en 1054, el interés en la nebulosa del Cangrejo aumentó cuando, en 1958, Walter Baade reportó observaciones visuales que sugerían ondas en movimiento en su nebulosidad. Cuando los dispositivos electrónicos sensibles reemplazaron la placa fotográfica como medio de detección, la frecuencia de oscilación de lo que se pensaba que era una estrella enana blanca en el centro de la nebulosa del Cangrejo resultó ser de unas 30 veces por segundo.
Para una estrella enana blanca con un diámetro del orden de 1000 km, una velocidad de rotación de incluso una vez por segundo haría que se desintegrara debido a las fuerzas centrífugas. Por lo tanto, este período de pulsación notablemente corto implicaba que el objeto responsable de las variaciones de luz debía ser mucho más pequeño que una enana blanca, y el único competidor posible para tales propiedades parecía ser una estrella de neutrones. La aceptación final llegó con imágenes del centro de la nebulosa del Cangrejo enviadas a la Tierra por el observatorio de rayos X de Einstein en órbita en 1967. Estas confirmaron y ampliaron la evidencia obtenida por observaciones anteriores realizadas con telescopios de luz y radio.
La reversión de la desintegración beta, como se muestra en (2) arriba, implica una triple colisión, un evento extremadamente improbable, a menos que dos de los componentes se combinen en un estado metaestable, un hecho que probablemente no sea obvio para un no experto. observador, lo que también indica que el(los) autor(es) del Documento de Urantia tenían un gran conocimiento en este campo.
El curso evolutivo probable del colapso de las estrellas masivas solo se ha dilucidado desde la llegada de las computadoras rápidas. Tales estrellas comienzan su vida compuestas principalmente de gas hidrógeno que se quema para formar helio. La energía nuclear liberada de esta manera frena el impulso gravitatorio de colapsar. Con el hidrógeno en el núcleo central agotado, el núcleo comienza a encogerse y calentarse, haciendo que las capas exteriores se expandan. Con el aumento de temperatura en el núcleo, el helio se fusiona para dar carbono y oxígeno, mientras que el hidrógeno alrededor del núcleo continúa produciendo helio. En esta etapa, la estrella se expande para convertirse en una gigante roja.
Después del agotamiento del helio en el núcleo, se produce de nuevo la contracción gravitacional y el aumento de la temperatura permite que el carbono se queme para producir neón, sodio y magnesio, después de lo cual la estrella comienza a encogerse para convertirse en una gigante azul. Sigue la quema de neón y oxígeno. Finalmente, el silicio y el azufre, los productos de la quema de oxígeno, se encienden para producir hierro. Los núcleos de hierro no pueden liberar energía al fusionarse, por lo tanto, con el agotamiento de su fuente de combustible, el horno en el centro de la estrella se apaga. Ahora nada puede frenar la embestida del colapso gravitacional, y cuando el núcleo de hierro alcanza una masa crítica de 1,4 veces la masa de nuestro sol, y el diámetro de la estrella es ahora aproximadamente la mitad del de la tierra, el destino de la estrella está sellado.
En unas pocas décimas de segundo, la bola de hierro colapsa hasta unos 50 kilómetros de diámetro y luego el colapso se detiene cuando su densidad se acerca a la del núcleo atómico y los protones y neutrones no pueden comprimirse más. La detención del colapso envía una tremenda onda de choque a través de la región exterior del núcleo.
La luz que vemos de nuestro sol proviene solo de su capa superficial externa. Sin embargo, la energía que alimenta la luz solar (y la vida en la tierra) se origina en el horno termonuclear denso y caliente en el núcleo del Sol. Aunque la luz solar tarda solo unos ocho minutos en viajar del sol a la tierra, la energía del núcleo del sol que da lugar a esta luz solar tarda del orden de un millón de años en difundirse desde el núcleo hasta la superficie. En otras palabras, un sol (o una estrella) es relativamente «opaco» a la energía que se difunde desde su núcleo termonuclear hacia su superficie, por lo que proporciona la presión necesaria para evitar el colapso gravitatorio. Pero esto no es cierto para las hipotéticas «pequeñas partículas neutras» de Pauli, cuya existencia se postula desde principios de la década de 1930 y se conocen con el nombre de neutrinos. Estas partículas son tan diminutas y poco reactivas que su paso desde el núcleo de nuestro sol hasta su exterior tardaría sólo unos 3 segundos. ¿Pero existieron?
Debido a que los neutrinos podían escapar tan fácilmente, se les atribuyó un papel crítico en provocar la muerte repentina de la estrella y la explosión subsiguiente. Los neutrinos se forman de diversas formas, muchas como pares neutrino-antineutrino a partir de rayos gamma altamente energéticos y otras surgen cuando los protones comprimidos capturan un electrón (o expulsan un positrón) para convertirse en neutrones, una reacción que va acompañada de la liberación de un neutrino. Se cree que algo del orden de 1057 neutrinos electrónicos se libera en un colapso de tipo supernova. Las reacciones de corriente neutra de las partículas Zo de la fuerza débil también contribuyen con los neutrinos electrónicos junto con los neutrinos ‘pesados’ muón y tau.
Juntos, estos neutrinos constituirían una «gran cantidad de diminutas partículas desprovistas de potencial eléctrico_» que fácilmente escapan del interior de la estrella. Los cálculos indicaron que transportarían el noventa y nueve por ciento de la energía liberada en la explosión final de la supernova. ¡El gigantesco destello de luz que acompaña a la explosión representa solo una parte del uno por ciento restante!
¶ Referencias
- Hoyle, F. y J. Narlikar. La frontera de la astronomía física. (WH Freeman & Co. San Francisco, 1980.)
- Sutton, C. Nave espacial Neutrino. (Prensa de la Universidad de Cambridge, Cambridge, 1992)
¶ Enlaces externos
- Artículo en Innerface International: https://urantia-book.org/archive/newsletters/innerface/vol11_3/page13.html
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