El Sol no tiene ni de lejos la masa suficiente para entrar en la rama de la evolución estelar que conduciría a una supernova, afortunadamente para nosotros. Sin embargo, hay planetas que orbitan estrellas que están destinadas a convertirse en supernovas. Es posible que estos planetas no sean habitables, porque estas estrellas masivas viven y mueren en períodos cortos de tiempo, pero aún así podrían ser interesantes.
¿Podría un planeta sobrevivir a una supernova de la estrella que orbita? Por "sobrevivir", me refiero a que el planeta debe tener una interrupción orbital mínima y debe permanecer en una sola pieza y sin daños como sea posible. El planeta no necesita estar en la zona habitable y no se requiere la supervivencia de ninguna vida en el planeta.
Dejo que las respuestas elijan la masa de la estrella y el planeta, el radio orbital y otros parámetros relevantes, porque no todas las combinaciones de estos darán como resultado que el planeta sobreviva. Una buena respuesta debe determinar la línea divisoria entre los escenarios sobrevivientes y no sobrevivientes.
Todavía me encantaría ver una respuesta que analice los efectos del caparazón de eyección de supernova que golpea el planeta, y lo tenga en cuenta al determinar si la situación cumple con todos los criterios de supervivencia.
Para grandes estrellas con las condiciones adecuadas de supernova, sí.
Primero una nota. Hay varios tipos de supernova. En general, una supernova Tipo I no deja mucho atrás. Por lo tanto, no tiene sentido preguntar si el planeta existe con una interrupción orbital mínima ya que no hay nada que orbitar . Una supernova Tipo II generalmente deja algo atrás, como una estrella de neutrones o un agujero negro. Esto es lo que nos interesa aquí.
Hasta la fecha, se han descubierto cuatro planetas púlsares . Un planeta púlsar es, por supuesto, un planeta que orbita alrededor de un púlsar. Un púlsar es un remanente de una supernova . Entonces, claramente hay planetas que orbitan lo que queda de una supernova.
Sin embargo , nunca hemos observado un sistema que tuviera planetas, se convirtió en supernova y confirmó que los planetas permanecieron. Entonces, aunque hemos observado planetas orbitando estrellas que en algún momento se convirtieron en supernovas, no sabemos con certeza si se formaron después de la supernova o antes .
También es imposible para nosotros saber cómo se vieron afectadas las órbitas o la estructura de los planetas. Un artículo de National Geographic informa que un modelo más nuevo sugiere que los planetas podrían permanecer a través de una supernova:
El nuevo modelo también insinúa que, en casos muy raros, algunos planetas sobrevivientes pueden permanecer unidos a los restos de supernova, encontrando nuevas órbitas alrededor de las estrellas de neutrones o los agujeros negros dejados por las explosiones.
El propio documento dice específicamente:
Los planetas alrededor de> 20M⊙ progenitores de agujeros negros pueden sobrevivir fácilmente o ser expulsados fácilmente según el colapso del núcleo y los modelos de superviento aplicados
Entonces, estrellas realmente grandes que la supernova podrían aferrarse a sus planetas si se dan las condiciones adecuadas.
Si nos enfocamos en la luminosidad, ignorando el impacto del caparazón, podemos decir que los planetas internos del sistema estelar se destruyen mientras que los externos podrían sobrevivir (hasta cierto punto).
Brillo de una supernova
A partir de esta pregunta sobre física.SE , obtenemos una estimación aproximada del brillo máximo de la capa/nebulosa de la supernova en unos 60 días, con una variación de 3 magnitudes (una relación de brillo de 16:1). Como un número aproximado, calcule que la luminosidad promedio es 1/10 del pico para ese período.
Entonces, ¿qué tan brillante es una supernova? Considere SN2011fe , una supernova de Tipo 1a que produjo un brillo máximo de aproximadamente 2,5 x la del sol. Para ser conservadores, calculemos la luminosidad promedio de una concha/nebulosa durante 60 días de aproximadamente soles
Energía recibida por la Tierra
En condiciones ordinarias, la energía solar interceptada por la Tierra es de unas 174 x vatios, y tiene un albedo de alrededor de 0,3. Entonces, la potencia total absorbida es del orden de 6 x vatios _ Después de que pase el caparazón, el brillo se duplicará aproximadamente y permanecerá más o menos constante durante los próximos 60 días, ya que está dentro de la nebulosa. Lo que conduce a una potencia absorbida de 6 x vatios por 5 x segundos, para una energía total de 3 x julios _
Energía soportada por la Tierra y consecuencias
Modelando la tierra como 6 x kg, esto proporciona 5 x julios/kg.
El hierro tiene una energía de vaporización de 4,25 x J/mol, y con un peso atómico de alrededor de 56, eso es alrededor de 18 mol/kg. Entonces, la energía requerida para vaporizar el hierro es de aproximadamente 7.6 x J/kg. Este es un límite superior, ya que el centro de la tierra está mucho más caliente que 20°C.
Como resultado, una estimación aproximada dice que la tierra se vaporizará después de unas 22 horas. Incluso si la ablación protege las porciones no vaporizadas del planeta en un 98%, la tierra se vaporiza por completo después de 46 días.
Es difícil recuperarse de eso.
Caso de planetas exteriores
Ahora, sobre Júpiter. La órbita de Júpiter está un poco por encima de las 5 UA. Su diámetro es unas 10 veces la tierra y su masa es unas 318 veces la tierra.
Entonces, el poder de energía interceptado por él será aproximadamente / , o 4 veces más grande que la tierra. Tiene 318 veces la masa, pero es todo hidrógeno, y no estoy seguro de la energía necesaria para hacerlo estallar. Como suposición, usemos la energía de enlace gravitacional. Para los 4 gigantes gaseosos, las energías de enlace son (de " Energía potencial gravitatoria de los planetas principales ", Bursa & Hovorkova):
Júpiter - 2.6x
J
Saturno - 3.6x
J
Urano - 1.6 x
J
Neptuno - 2.2 x
j
La energía total recibida por cada planeta será (aproximadamente)
Júpiter - 1.2x
J
Saturno - 2.5x
J
Urano - 1.2 x
J
Neptuno - 5 x
j
En todos los casos, la energía de enlace del planeta es al menos 2 órdenes de magnitud mayor que la energía recibida, por lo que en esta medida deberían sobrevivir, aunque los interiores, especialmente Júpiter, deberían perder una masa significativa.
Por el contrario, la energía de enlace de la Tierra es 2,5 x J, bastante menos que el 3 x J de energía que recibirá, por lo que se espera que se destruya en unos 6 días, lo que parece estar bastante de acuerdo con el argumento de la vaporización.
Conclusión
Básicamente, una estimación aproximada dice que los planetas interiores se vaporizan, mientras que los planetas exteriores deberían sobrevivir.
the earth is completely vaporized after 46 days. It's tough to recover from that.
Wikipedia tiene una entrada sobre Pulsar Planets . Esta entrada indica que solo se han encontrado cuatro planetas pulsar confirmados y un quinto es candidato. Estos planetas parecían haberse formado a partir de tres mecanismos diferentes.
Estos mecanismos de formación de planetas son:
Condensado a partir de restos de supernova
Se cree que los planetas son el resultado de una segunda ronda de formación del sistema planetario[4] como resultado de remanentes de supernova inusuales o un quark-nova.
Capturado después de la supernova
En algún momento durante los 10 mil millones de años, se cree que la estrella de neutrones encontró y capturó a la estrella anfitriona del planeta en una órbita estrecha, probablemente perdiendo una estrella compañera anterior en el proceso. Hace aproximadamente quinientos millones de años, la estrella recién capturada comenzó a expandirse hasta convertirse en una gigante roja.
Remanente del núcleo dejado por una enana blanca compañera "cocida"
Mostramos que está en un sistema binario con un período orbital de 2.2 h. La masa de su compañera es cercana a la de Júpiter, pero su densidad mínima de 23 g cm−3 sugiere que puede ser una enana blanca de carbono de masa ultrabaja. Por lo tanto, este sistema puede haber sido una vez un binario de rayos X de baja masa ultracompacto, donde el compañero evitó por poco la destrucción completa.
(énfasis mío)
Si una estrella sobrevivió a duras penas a una explosión de supernova, ningún planeta sería capaz de soportar esa explosión (a menos que estuviera lo suficientemente lejos) .
Casi todos los exoplanetas conocidos, incluidos los planetas pulsar, están bastante cerca de sus primarios con períodos orbitales correspondientemente cortos, ya que necesitamos datos de varias órbitas para detectarlos. Pero para esta pregunta queremos ir al otro extremo y considerar planetas lo más lejos posible de su primario, sobre los cuales no sabemos mucho ya que solo hemos detectado un puñado por imagen óptica directa. Es perfectamente posible y de hecho probable que una supernova de tipo II tenga planetas gigantes gaseosos a una distancia de medio año luz o más, y sobrevivirán fácilmente a la supernova, pero no hay forma de que podamos detectarlos sin milenios de datos. Ni siquiera pudimos detectar un planeta gigante gaseoso de nuestro propio sol a esa distancia, y es posible que existan uno o más.
Podría señalar que a veces se piensa que los planetas que orbitan los restos de una explosión de supernova ("planetas púlsar") son planetas "nuevos" formados por la condensación de los materiales vaporizados por la explosión inicial de la supernova.
Dada la cantidad de energía que reciben los planetas gigantes exteriores de gas y hielo durante la explosión de la supernova, esperaría que incluso los análogos lejanos de Neptuno se reduzcan al núcleo expuesto, con la atmósfera despojada. Dado que se cree que los núcleos tienen el tamaño de la Tierra, hay algo de terreno para desarrolladores emprendedores, aunque dado que el "sol" es una estrella de neutrones, las cosas pueden ser un poco frías y oscuras.
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