¿Puede un planeta sobrevivir a una supernova?

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.

¿Quieres que solo sobreviva el planeta , o también cualquier vida en él? Esto último es considerablemente menos probable.
@ArtOfCode Solo el planeta. Dudo que la vida pueda formarse fácilmente en un planeta que orbita una estrella así, y dudo mucho que pueda sobrevivir a una supernova.
Quienes respondieron, tomen nota de la meta discusión vinculada en la oración inicial. hard-science puede terminar teniendo criterios estrictamente aplicados para las respuestas, que si una respuesta no cumple, puede conducir a la eliminación.
Y para que lo sepas, planeo responder esto, pero debido a la naturaleza de la etiqueta, llevará algún tiempo.
¿El planeta tiene que estar en la zona de Ricitos de Oro?
@Josiah No. No tiene que ser habitable.
"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 ". Es curioso cómo puedes relacionar un posible evento de supernova que, en su etapa más temprana, solo podría ocurrir después de unos pocos miles de millones de años para ti, o incluso para la humanidad. Cuando el sol muere (ya sea en una supernova o cualquier otra cosa), el último ser humano probablemente habrá muerto miles de millones de años antes.
"[un físico] me dijo su regla general para estimar los números relacionados con las supernovas: por más grandes que creas que son las supernovas, son más grandes que eso. Aquí hay una pregunta para darte una idea de la escala: ¿Cuál de los siguientes sería más brillante? , en términos de la cantidad de energía entregada a su retina: 1. Una supernova, vista desde una distancia tan grande como el Sol desde la Tierra, o 2. ¿La detonación de una bomba de hidrógeno presionada contra su globo ocular? thumb sugiere que la supernova es más brillante. Y, de hecho, lo es. en nueve órdenes de magnitud ". - what-if.xkcd.com/73
@stevenvh Si el Sol fuera lo suficientemente masivo como para convertirse en supernova, tendría una vida útil más corta y ya habría muerto.
Interrupción orbital mínima... Después de una supernova, ¿queda algo que el planeta pueda orbitar? A menos que me equivoque, ¿la estrella en cuestión es destruida por la explosión que es la supernova? (¿O mi inglés me está fallando?)
@Burki La mayoría de las supernovas dejan un remanente, probablemente una estrella de neutrones o un agujero negro. Se ha teorizado que algunos no dejarían un remanente, pero estamos bastante seguros de que la mayoría de todos los que hemos visto dejan atrás uno de esos dos objetos.
@ HDE226868 Entonces aprendí algo nuevo. ¡Gracias!

Respuestas (5)

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.

También es imposible para nosotros saber cómo se vieron afectadas las órbitas o la estructura de los planetas. Sin embargo, esto podría calcularse, ¿verdad?
La disrupción orbital se discute en el artículo. No puedo extraer ninguna buena frase, pero la esencia es que la órbita se verá significativamente interrumpida. Yo diría que incluso una interrupción orbital múltiple de AU es mínima en comparación con la eyección y, por lo tanto, satisface los requisitos para "sobrevivir".

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 10 9 la del sol. Para ser conservadores, calculemos la luminosidad promedio de una concha/nebulosa durante 60 días de aproximadamente 10 8 soles

Energía recibida por la Tierra

En condiciones ordinarias, la energía solar interceptada por la Tierra es de unas 174 x 10 15 vatios, y tiene un albedo de alrededor de 0,3. Entonces, la potencia total absorbida es del orden de 6 x 10 26 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 10 26 vatios por 5 x 10 6 segundos, para una energía total de 3 x 10 33 julios _

Energía soportada por la Tierra y consecuencias

Modelando la tierra como 6 x 10 24 kg, esto proporciona 5 x 10 8 julios/kg.

El hierro tiene una energía de vaporización de 4,25 x 10 5 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 10 6 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 10 2 / 5 2 , 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 10 36 J
Saturno - 3.6x 10 35 J
Urano - 1.6 x 10 34 J
Neptuno - 2.2 x 10 34 j

La energía total recibida por cada planeta será (aproximadamente)

Júpiter - 1.2x 10 34 J
Saturno - 2.5x 10 33 J
Urano - 1.2 x 10 32 J
Neptuno - 5 x 10 31 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 10 32 J, bastante menos que el 3 x 10 33 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.

El calor de vaporización es la energía requerida para llevarlo de líquido a temperatura de ebullición a gas a temperatura de ebullición, y no tiene en cuenta la energía requerida para llevarlo a esa temperatura en primer lugar. La energía real es 4,25e5 J/mol o 7,61e6 J/kg para llevar el hierro de sólido @ 20C a gas @ 3134K. Además, escribiste mal la unidad.
¿Qué pasa con Júpiter? ¿Y Neptuno?
@knave - Ups. Gracias. Olvidé el período previo. he editado Pero tenga en cuenta que solo la superficie está a 20 C, el interior es más cálido, por lo que los requisitos de energía disminuyen. Y estoy dejando un espacio en blanco en la unidad defectuosa.
Párrafo 5: "El hierro tiene una energía de vaporización de 4,25x10^5 J/kg..." debe ser J/mol. No afecta los cálculos.
¡Maldita sea! Chico, es difícil ver estas cosas.
@VictorStafusa - Ver edición.
¿Una supernova no implica también mucha masa que se dirige hacia el exterior? Incluso si los planetas muy distantes no se evaporan, me pregunto si serán expulsados ​​​​de su órbita original, como se hizo en la pregunta. También me pregunto si podría tender a conducir a la formación de nuevos planetas a partir del material emitido durante la supernova.
@Dronz - No. Los remanentes de supernova, como la Nebulosa del Cangrejo, son nubes calientes que se expanden rápidamente y tienen velocidades de expansión muy por encima de las velocidades de escape de sus masas asociadas. Toda esa eyección se ha ido en lo que respecta al sistema principal, con su ceniza de estrella de neutrones.
Solo para comparar, ¿qué tan rápido se vaporizaría Mercurio?
Mercurio es más pequeño pero más cercano. Prácticamente se cancela, para este análisis.
Parece un poco inútil analizar una supernova Tipo 1a, no quedará nada para que un planeta orbite. Ya no cumple con el requisito de "interrupción orbital mínima".
the earth is completely vaporized after 46 days. It's tough to recover from that.

No

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:

PSR_B1257+12's Planetas

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.

PSR B1620-26b

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.

PSR J1719-1438b

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.

¿No es esto justo lo que dice la respuesta de Samuel?
Parece que esta respuesta no se ajusta a la etiqueta de ciencia dura. Cero fuentes citadas (y mucho menos referenciadas).