Evolucion EstelarEnanas Blancas - Estrellas de Neutrones - Hoyos Negros

Felipe Meza

Topicos en Astronomıa

January 14, 2015

Felipe Meza fmezacr@gmail.com Topicos en Astronomıa

Evolucion Estelar 1

Agenda

1 Introduccion

2 Enanas Blancas

3 Enanas Blancas en Sistemas Binarios

4 Estrellas de Neutrones

5 Estrellas de Neutrones en Sistemas Binarios

6 Hoyos Negros

7 Destellos Gamma

8 Otros Fenomenos Asociados

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Evolucion Estelar 2

Introduccion

Al finalizar su vida estelar, cuando lasestrellas acaban como supernovas susremanentes forman un tipo particu-lar de estrellas ”muertas” conocidascomo enanas blancas (si son NO ma-sivas) o de neutrones (si son masi-vas), de acuerdo a sus caracterısticasy evolucion se generan a su vez otrosfenomenos como novas, destellos derayos o los conocidos hoyos negros.

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Enanas Blancas

• Son el nucleo de lo que alguna vez fue una estrella, dondesus capas exteriores estan cubiertas por una nebulosaplanetaria.

• Al inicio con altas temperaturas (por haber sido unnucleo) pero se enfrıan con el tiempo.

• Poseen masas de estrellas, pero radios como la tierra.

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Evolucion Estelar 4

Enanas Blancas

• Las mas calientes emiten con mas intensidad en Rayos Xo Ultravioleta, que en visible.

• Estrellas similares al Sol (1M�) contienen carbono (pro-ducto del helio transformado en carbono en la fase finalde la estrella), en el caso de estrellas de masas menores a1M�, lo que contienen es helio.

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Enanas Blancas

• Al ser la fuerza de la gravedad proporcional a la masa einversamente proporcional al tamano, las enanas blancasposeen una altısima fuerza de la gravedad.

• Lo que hace que no colapse es la presion degenerativa,ocacionada por los electrones dentro de la estrella, almoverse a muy altas velocidades.

• Como nada se puede mover mas rapido que la velocidadde la luz, cuando los electrones alcanzan esta velocidad laestrella colapsa, esto se alcanza en 1.4M�.

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Enanas Blancas en Sistemas Binarios

• En varias ocaciones las enanasblancas se acompanan de otrasestrellas mas masivas, de lascuales obtienen masa.

• De la masa transferida se formaun disco que rota denominado,”Disco de Acrecion”.

• Producto de esta nueva energıarecibida, la enana blanca ahorabrilla mas en UV y Rayos-X.

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Enanas Blancas en Sistemas Binarios

• El hidrogeno recibido de laestrella masiva, ahora en el discode acreccion, eventualmentetocara la superficie de la enanablanca, cuando esto sucede y latemperatura alcanza los 10M K,se da una reaccion termonuclearque brilla por unas cuantassemanas, conocida como NOVA.

• El proceso se repite desdealgunas pocas decadas hastavarios miles de anos.

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Enanas Blancas en Sistemas Binarios

• En algunos casos debido a la transferencia de masa, laenana blanca puede ganar suficiente masa de manera quealcanza 1.4M�, es en ese punto que debido a las altas tem-peraturas interiores y al carbono existente, que se da unafusion de carbono, de forma la enana blanca explota com-pletamente, esta explosion se conoce como SupernovaEnana Blanca.

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Enanas Blancas en Sistemas Binarios

• No se debe confundir la Supernova Enana Blanca con lasupernova producto de la muerte estelar, tambien conocidacomo Supernova de Estrella Masiva.

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Estrellas de Neutrones

• Son el nucleo remanente de lo que alguna vez fue unaestrella masiva y que alcanzo su final mediante una Su-pernova Masiva, dicho nucleo no es mas que una bola deneutrones.

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Estrellas de Neutrones

• Su radio normalmente ronda los 10 Km.

• Poseen una altısima fuerza de la gravedad.

• Lo que hace que no colapse es la presion degenerativa,ocacionada en este caso por los neutrones dentro de laestrella al moverse a muy altas velocidades.

• La velocidad de escape es de alrededor 0.5c.

• Como nada se puede mover mas rapido que la velocidadde la luz, cuando los neutrones alcanzan esta velocidad laestrella colapsa, esto se alcanza en 2-3M�.

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Estrellas de Neutrones (Pulsares)

• Fueron descubiertas por una estudiante J. Bell en 1967, aldetectar pulsos con periodos bien definidos (1.33 seg),hoy en dıa a este tipo de estrellas de neutrones queemiten pulsos les conocemos como Pulsares.

• Los Pulsares son estrellas de neutrones que han quedadocomo producto de explosiones supernova.

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Estrellas de Neutrones (Pulsares)

• Los pulsos surgen como un efecto de la rapida rotaciondebido a la fuerte compresion del nucleo, esto a su vezaumenta la intensidad del campo magnetico.

• El campo magnetico no necesariamente esta alineado conel eje de rotacion de la estrella.

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Estrellas de Neutrones (Pulsares)

• En algunos casos, el pulso emite luz la cual es visibledesde la tierra si la direccion del pulso es la adecuada.

• Puede ocurrir que existan estrellas de neutrones que seanpulsar, pero simplemente su pulso no esta en nuestradireccion.

• Eventualmente los pulsos van a tender a disminuir debidoa que el campo magnetico se debilitara, y dejara de serdetectable.

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Estrellas de Neutrones (Pulsares)

• Se han detectado pulsares que rotan a una tasaimpresionante de 625 veces por segundo, solo una estrellacomo las de neutrones con su pequeno tamano y elevadadensidad pueden soportar tales tasas sin colapsar.

• Todos los pulsares son estrellas de neutrones pero notodas las estrellas de neutrones son pulsares.

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Estrellas de Neutrones en Sistemas Binarios

• Similar al caso de la enana blanca se crea un disco deacrecion. Sin embargo al haber mayor fuerza de gravedadel disco es mas denso y caliente.

• Las regiones internas del disco emiten fuertes radiacionesde Rayos X. Por esta razon se les conoce tambien comosistemas binarios de Rayos X.

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Estrellas de Neutrones en Sistemas Binarios

• Estos Destellos de Rayos X se presentan en periodos quevan desde algunas horas hasta algunos dıas, sin embargolos pocos segundos que duran pueden llegar a alcanzar in-tensidades de 100K la del sol.

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Hoyos Negros

• Es un lugar (hoyo en el universo) donde debido a una granfuerza de la gravedad, la velocidad de escape es superiora c, por lo tanto nada que ingrese puede retornar.

• Se origina cuando una estrella de neutrones alcanza2-3M�.

• Pese a que no es posible observar un hoyo negro (dadoque ni la luz puede escapar del hoyo), hay muchaevidencia de su existencia, fenomenos como los lentesgravitacionales permiten su deteccion.

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Hoyos Negros

• Los hoyos negros se describen en 4 dimensiones en unaescala espacio-temporal, al ser esta una forma difıcil devisualizar, 2 dimensiones pueden usarse como alternativapara su visualizacion.

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Hoyos Negros (Horizonte de Eventos)

• El lımite entre el Universo y el interior de un hoyo negrose conoce como Horizonte de Eventos, es el punto deno retorno de cualquier objeto que ingrese al hoyo negro.

• Su forma es esferica con un radio bien definido, conocidocomo el Radio de Schwarzschild, su valor dependeunicamente de la masa (e.g para un cuerpo como el Sol elRs corresponde a 3 Km).

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Hoyos Negros (Singularidad)

• Al punto en el cual se concentra toda la materia del hoyonegro, infinitamente pequeno y denso, se le conoce comosingularidad.

• Actualmente el tema de como es la singularidad es motivode discusion, por ejemplo para Einstein la curvaturaespacio-temporal debe ser infinitamente curva, sinembargo desde el punto de vista de teorıa cuanticafluctua de manera caotica, claramente dos propuestas depeso, pero diferentes.

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Hoyos Negros

• Cygnus X-1 es un claro candidato de hoyo negro, este sis-tema posee una estrella que se estima alrededor de 18M�,la cual orbita ”algo” que posee una masa mayor a los 3M�,al superar claramente el lımite para ser una estrella de neu-trones, se piensa que serıa un hoyo negro.

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Destellos de Rayos Gamma

• En 1960s satelites detectaronestas senales, fue hasta 1973 quese publico su descubrimiento.

• Por mucho tiempo se penso queprovenıan de estrellas deneutrones, fue en 1990s que sedescubrio que provenıan delugares mas lejanos.

• Pueden presentar fluctuacionesdramaticas en periodos muycortos, solo unos pocossegundos.

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Destellos de Rayos Gamma

• Por segundos, estos destellos pueden ser el objeto masluminoso en el Universo.

• La tesis mas fuerte de su origen es que provienen deexplosiones extremas de supernovas que forman hoyosnegros (hipernovas).

• Se piensa que pueden ser causadas tambien por colisionesde sistemas binarios (NS+NS o NS+BH).

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Otros Fenomenos Asociados

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Hoyos Blancos

• Fenomeno teorico basado en elprincipio de que todo lo quequeda atrapado en un hoyonegro, deberıa salir por algunlado.

• Los ”agujeros de gusano”podrıan ser la conexion entre unhoyo negro y un hoyo blanco.

• Al dıa de hoy, no se hanobservado hoyos blancos.

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Estrellas de Quarks

• Fenomeno teorico con algunoscandidatos en estudio.

• Estrella compuesta porQUARKS.

• Estrellas de neutrones con1.5-1.8M�, son fuertescandidatos.

• Mas pequenas y mas densas quelas estrellas de neutrones.

• Novas de quarks, podrıanexplicar los destellos de rayosgamma.

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Referencias

Jeffrey O. Bennett, ”The Essential Cosmic Perspective”, Boston,Addison-Wesley, 6th Ed, 2012.

Roger A. Freedman, William J. Kaufmann ”Universe”, NewYork, W.H. Freeman and Co., 2012.

Brian Schmidt, Paul Francis, ”The Violent Universe”, eDX, Aus-tralian National University, 2013.

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