Respuestas (LXXX): ¿Qué fue de la supernova que impulsó la formación del sistema solar?

Carlos Morro me envió un correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com) preguntando sobre la supernova que dio lugar al sistema solar. ¿Qué se sabe sobre esa estrella que reventó y posibilitó nuestra existencia? ¿Tenía su propio sistema planetario? ¿A qué distancia ocurrió? ¿Y dónde están ahora los restos de su explosión? (esta última la he añadido yo)

El tema me pareció interesante pero, antes de empezar, habrá que aclarar cómo se formó nuestro sistema solar para asegurarnos de que todos partimos de la misma base que Morro.

El proceso de formación de las estrellas es simple: empieza con una nube de gas (compuesta principalmente por hidrógeno y helio) que flota por el espacio y, por un motivo u otro, aparecen en ella regiones más densas que comienzan a atraer material a su alrededor gracias a su mayor fuerza gravitatoria. A medida que estas bolas de gas se vuelven cada vez más grandes y densas, la presión sobre su núcleo va creciendo hasta que, cuando han acumulado la masa suficiente, aumenta tanto que desata una cadena de reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones disparan millones de grados la temperatura del núcleo y el calor termina repartiéndose por todo el amasijo de gas, convirtiéndolo en una bola de plasma incandescente o, lo que es lo mismo, una estrella (hablaba sobre el mecanismo con más detalle en esta entrada).

Este proceso se puede ver en la siguiente simulación en la que varias regiones de una nube molecular se colapsan y empiezan a producir estrellas, todo mientras las diferentes partes del tinglado interaccionan gravitacionalmente:

El proceso de formación de planetas es parecido. El disco de gas que queda dando vueltas alrededor de una estrella tras su formación contiene partículas de elementos más pesados que empiezan a colisionar entre ellas, fusionándose, formando trozos de materia cada vez mayores y con un campo gravitatorio más intenso que atraen aun más material hacia ellos… Y el efecto bola de nieve continúa hasta que se convierten en planetas (hablaba los distintos tipos de planetas en este otro artículo).

Aquí tenéis otra animación del proceso, en la que se puede ver cómo la nucleación de planetas empieza en las regiones más densas del disco de gas y polvo, inducidas por la propia rotación del sistema:

Captado, pero… ¿De dónde salieron esos elementos más pesados que formaron los planetas rocosos, como Mercurio o Venus?

Buena pregunta, voz cursiva.

Después de que tuviera lugar el Big Bang, en el universo tan sólo existían átomos de hidrógeno y de helio (y alguno de litio). Pero, afortunadamente, estos átomos se empezaron a fusionar en los núcleos de las primeras estrellas que se formaron a partir de ellos, convirtiéndose en elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno o el hierro. Las estrellas de esta primera generación eran inmensas y, cuando se quedaron sin combustible, terminaron sus vidas reventando en forma de las mayores explosiones conocidas, las supernovas, lanzado al espacio esos elementos pesados que guardaban en sus entrañas (otra cosa que comenté más concienzudamente en otra entrada).

Y resulta que algunas supernovas salpicaron la nebulosa en la que se formaría nuestro sistema solar, proporcionándole los elementos necesarios para que se formara nuestro planeta rocoso preferido.

¿Marte?

No, voz cursivala Tierra.

Ah, sí, claro… La Tierra. De todas maneras, ¿esas son las supernovas a las que se refería Carlos en sus preguntas? ¿Las que crearon los elementos que formaron la Tierra?

Bueno… No exactamente, porque lo más probable es que más de una supernova interviniera en la formación del sistema solar tal y como lo conocemos.

Ya me extrañaba a mí que esto estuviera avanzando tan deprisa…

Si una nube de gas interestelar es muy uniforme, entonces no contendrá regiones más densas que atraigan y acumulen material a su alrededor hasta formar estrellas… A menos que alguna fuerza externa la perturbe y provoque la aparición de zonas más densas en su interior.

Una supernova es una fuerza externa estupenda: su onda expansiva puede perturbar el gas de las nebulosas cercanas, creando las condiciones necesarias para que se empiecen a formar estrellas en su interior, además de proporcionar los elementos pesados que componen los planetas rocosos. Es por este motivo que se piensa que una supernova pudo impulsar la formación de nuestro sistema solar.

Y, de nuevo, aquí tenéis una animación en la que se muestra eso mismo:

A ver, la idea es bonita por todo el tema de que “somos polvo de estrellas” y tal. ¿Pero esta “teoría” tiene alguna base científica o no es más que especulación sin evidencias?

Vaya, qué ataque escepticismo más repentino, voz cursiva. En efecto, nadie se ha sacado esta hipótesis de la manga.

Resulta que los meteoritos más antiguos que se han encontrado, datados de hace 4.568 millones de años, tienen incrustados en su estructura unos gránulos sólidos compuestos por el material que flotaba por la nebulosa antes de que el sistema solar se empezara a formar. Y este material es interesante por dos motivos:

  1. Se ha descubierto que estos meteoritos tienen una proporción menor de níquel-58 que los planetas rocosos del sistema solar, que se formaron después.
  2. Al contrario que los cuerpos que se formaron después, estos primeros meteoritos no contienen hierro-60.

Por tanto, parece que hubo una repentina inyección de níquel-58 y hierro-60 justo antes de que se formara el sistema solar. Pero, ¿de dónde podría venir este material? Pues, curiosamente, los dos isótopos que salen despedidos al espacio tras la explosión de una supernova. Este es el motivo por el que se ha sugerido que una supernova podría haber reventado cerca de la nebulosa en la que se formaría nuestro sistema solar, impulsando la aparición de regiones más densas que se convertirían en estrellas.

Ah, vale. Pero, por lo que has comentado, parece que ya había elementos pesados en la nebulosa antes de esta explosión, ¿no?

Pues sí, voz cursiva, la nebulosa ya contenía elementos pesados, así que es probable que más de una supernova hubiera interaccionado con ella antes de que una última iniciara la formación de nuestro sistema solar. De hecho, parece que la onda de choque de una supernova debe propagarse a una velocidad bastante específica para desencadenar la formación estelar, así que otras estrellas podrían haber llenado nuestra nebulosa de elementos pesados en el pasado sin estimular la producción de estrellas en su interior.

Por tanto, aunque sabemos que una supernova pudo perturbar la nebulosa e iniciar la formación de nuestro sistema solar, no se sabe cuántas supernovas produjeron los elementos pesados que ya estaban allí cuando esto ocurrió.

Así que, para responder a las preguntas de Carlos, centrémonos en la supernova que dio el empujón final a la nube de gas.

En primer lugar, la masad e una estrella debe ser, como mínimo, 8 veces superior a la de nuestro sol para que termine su vida en forma de supernova. Pero en este campo podemos afinar los resultados aún más: a juzgar por la cantidad de berilio-10 que hay a nuestro alrededor, se ha estimado que la estrella que impulsó la formación del sistema solar tenía una masa 11,8 veces superior a la de nuestro sol.

Lo comento porque Carlos también quería saber si esta estrella tenía su propio sistema solar antes de estallar. La respuesta es que nadie lo sabe pero, que, en principio, nada impide que estas estrellas tan grandes tengan sus propios sistemas planetarios. De momento sólo se han encontrado gigantes gaseosos alrededor de ellas, aunque hay que tener en cuenta que es muy difícil detectar un pequeño planeta rocoso junto a una estrella inmensa y brillante.

En cuanto a la segunda cuestión, en la que preguntaba la distancia a la que tuvo lugar la supernova… Bueno, eso es más difícil de evaluar.

No he podido encontrar a nadie que haya investigado el asunto, pero sí que hay otro artículo en el que se analizaron 45 supernovas en la Gran Nube de Magallanes para estudiar el impacto de sus ondas de choque sobre las nebulosas que las rodean. El problema es que sólo 15 de esas supernovas se encuentran lo suficientemente cerca de una nebulosa como para tener algún efecto sobre ella y, aunque dos de ellas ya están entrando en contacto con una nube de gas a día de hoy, aún no llevan suficiente tiempo interaccionando con ellas como para que se puedan observar sus efectos sobre la formación estelar.

El único dato del artículo que puede arrojar algo de luz sobre esta pregunta es que la onda de choque producida por una supernova podría ralentizarse hasta los 50 km/s tras expandirse hasta una distancia de entre 150 y 1.500 años luz. En principio, esta velocidad parece la ideal para estimular la formación de estrellas dentro de una nube molecular… Pero, con un rango tan amplio, no se puede estimar con mucha precisión la distancia a la que reventó nuestra supernova.

Y, por último, la pregunta que seguramente os intrigaba más: ¿dónde están hoy en día los restos de esa supernova?

Lo primero que podemos deducir es que, con 11,8 masas solares, la supernova que impulsó la formación del sistema solar seguramente dejó tras de sí una estrella de neutrones. El problema es que encontrar una estrella de neutrones que lleva casi 4.600 millones de años dando vueltas alrededor de la galaxia no es una tarea sencilla como podría parecer.

En primer lugar, todas las estrellas de la Vía Láctea giran alrededor del núcleo de la galaxia, pero la velocidad a la que lo hacen es distinta en función de la distancia que las separa él (como comentaba en esta otra entrada sobre estrellas hiperveloces). Por ejemplo, a unos 26.000 años luz del núcleo galáctico, nuestro sistema solar se mueve a unos 230 km/s, así que completa una órbita a su alrededor cada 240 millones de años.

Perfil de velocidades en función de la distancia al centro galáctico. (Fuente)

Pero, claro, las estrellas que se encuentran a una distancia diferente del centro de la galaxia se mueven a una velocidad distinta. De hecho, ese es el motivo por el que las estrellas que vemos en el cielo van cambiando de sitio en el cielo en escalas de tiempo larguísimas: tanto nosotros como nuestras vecinas estelares nos movemos alrededor del núcleo galáctico a distintas velocidades, por lo que nuestra posición relativa va cambiando con el tiempo (igual que la posición de los planetas en el cielo a lo largo del año también va cambiando).

Por tanto, incluso aunque la supernova que desencadenó la formación del sistema solar hubiera tenido lugar a sólo 150 años luz, cualquier mínima diferencia entre nuestra velocidad y la de la estrella de neutrones que quedó en su lugar habrá hecho que recorra una distancia muy diferente a lo largo estos 4.600 millones de años. Pero es que, además, no sabemos a la distancia a la que se produjo la supernova, ni cómo afectó la explosión a la órbita de la estrella de neutrones que formó y, más aún, no conocemos las posibles perturbaciones gravitatorias que los dos hemos podido sufrir durante todo este tiempo.

Teniendo en cuenta todas las variables desconocidas que influyen en la posición actual de esa estrella de neutrones, se puede ver por qué es prácticamente imposible encontrarla (o reconocerla) en la actualidad.

Así que nada, Carlos Morro, espero que esto haya aclarado tus dudas. Para variar, os dejo con el mensaje publicitario no invasivo que todos estabais esperando.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“, en el que hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

 

6 pensamientos en “Respuestas (LXXX): ¿Qué fue de la supernova que impulsó la formación del sistema solar?”

  1. Gracias Jordi por responder a mis preguntas! Por lo que veo es un tema del que no se sabe mucho pero ciertamente me has resuelto muchas dudas. Un saludo!!

  2. se podría decir entonces que el dios que todo lo creo se llama gravedad por que es la responsable de que los primeros atomos vibraran y esa vibracion inicial es una reaccion en cadena que aun no se detiene y esta en nuestros mismo cuerpos, toda la energia que fluye por el universo la creo la gravedad y la sigue creando, la propia vida se le debe a la gravedad, lla gravedad es la fuerza mas misteriosa de todas las que existen sin lugar a dudas y la mas fascinante por que fue la que puso a vibrar el primer atomo.

  3. O la gravedad es el efecto secundario de la interacción de la materia con el tejido espacio-tiempo, siempre se puede ahondar un poco mas, es lo que mas me gusta de la ciencia y lo que menos de la religión.

  4. No se si me equivoco pero tenia entendido que los astro físicos se dieron cuanta que las estrellas de una galaxia espiral por ejemplo, giraban a la misma velocidad tanto en sus brazos como mas a su núcleo y que este era un efecto de la materia oscura, lo he leído en muchas partes y lo he escuchado en charlas de Astronomía por doctores de Astrofísica, me queda en duda la parte de “las estrellas que se encuentran a una distancia diferente del centro de la galaxia se mueven a una velocidad distinta.”, talvez estoy confundiendo conceptos y tu lo tienes más que claro, me gustaría que alguien me aclarara el asunto :), saludos.

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