Pregunta Clave

¿Cómo podemos utilizar las supernovas para medir las distancias en el espacio?

Argumentos

La idea es que el proceso argumentativo lo dirijan los estudiantes y se conecten las lecciones dentro de la unidad. La investigación Explosiones Estelares, que incluye este fenómeno, encajaría mejor en las unidades argumentales orientadas hacia la evolución estelar y los métodos para determinar distancias en el espacio.

Los posibles argumentos incluyen:

• ¿Cómo terminan su vida ciertos tipos de estrellas?
• ¿Cómo pueden utilizarse las supernovas para medir las distancias a las galaxias?

Instrucciones para presentar el Fenómeno

Organice un tablero de preguntas clave

Organice un tablero de preguntas clave (DQB por sus siglas en inglés) de modo que sea visible para todos los estudiantes. Puede crearse utilizando notas adhesivas (post it!) o en formato digital (ver otros recursos aquí). El DQB incluirá finalmente la pregunta clave de la investigación: "¿Cómo puede utilizarse una supernova para medir la distancia en el espacio?". Los estudiantes volverán a consultar este DQB a lo largo de la lección para ampliar sus ideas originales y formular preguntas que expliquen mejor el fenómeno de apoyo. Si tiene una pregunta clave para la unidad o si ya creó un tablero de preguntas clave, esta pregunta clave de investigación puede utilizarse como sub-pregunta.

Presente el Fenómeno

1. Entregue a los estudiantes una copia del PDF Supernovae Observations Flashcards. Estas fichas son breves resúmenes de una selección de seis supernovas observadas a lo largo de la historia.
2. Proporcione a los estudiantes unos minutos para que exploren las seis supernovas individualmente.
3. Después de que los estudiantes hayan explorado individualmente las supernovas, organice un trabajo en duplas y pídales que anoten las observaciones clave que noten para cada supernova. Los estudiantes deben registrar estas notas para consultarlas en el proceso. Si los estudiantes necesitan más orientación, pídales que creen una tabla en sus cuadernos que incluya cuatro columnas. Las columnas deben tener los siguientes títulos: nombre de la supernova, duración (o noches visibles), descripción del brillo, etc.
4. A continuación, las duplas deben formar un pequeño grupo con otro grupo de estudiantes para comparar las observaciones.
5. A continuación, en sus pequeños grupos actuales, pida a los estudiantes que piensen qué información podemos aprender estudiando estas supernovas. Estos acontecimientos históricos fueron tan sorprendentes/inusuales que los astrónomos volvieron a estudiar los lugares de estas explosiones con instrumentos actuales. Cada grupo debe elaborar una lista para compartirla con toda la clase.
6. En una pizarra visible para todos, combine las listas de cada grupo en una lista de clase que represente la información que creemos que podemos aprender de las supernovas. Por ejemplo, la composición de las supernovas, el tipo de estrella de la que explotaron, la ubicación en el espacio, la distancia, etc.
7. Explique a los estudiantes que los avances tecnológicos, especialmente del Observatorio Rubin, permitirán detectar alrededor de un millón de supernovas al año, frente a los pocos miles de supernovas que se han observado hasta la fecha. El estudio de estas supernovas nos aportará muchos conocimientos, como la formación de las estrellas y las distancias en el espacio. Pregunte a los estudiantes qué preguntas les quedan sobre cómo se utilizan las supernovas para medir la distancia en el espacio. Los estudiantes deben elaborar una lista de preguntas y añadirla en el DQB para que todos puedan consultarla.
8. Organice un debate de toda la clase sobre estas preguntas. Empiece por identificar y agrupar las preguntas comunes en categorías.

9. Repase la pregunta clave de la investigación y diga a los estudiantes que van a completar una investigación que les ayudará a responder a esta pregunta clave junto con las preguntas generadas en el tablero de preguntas clave (DQB por sus siglas en inglés).

10. Comience la investigación sobre Explosiones Estelares.

Después de la Investigación: Comprendiendo el Fenómeno

1. Discuta con toda la clase las preguntas restantes del tablero de preguntas clave y dé tiempo a los estudiantes para que compartan su respuesta final a la pregunta clave: "¿Cómo puede utilizarse una supernova para medir las distancias en el espacio?". Anime a los estudiantes a investigar por su cuenta las preguntas restantes.
2. Reflexiones sobre las fichas de las Supernovas y la investigación Explosiones Estelares, ¿cuáles son algunas de las limitaciones de utilizar supernovas para medir distancias en el espacio?

Las respuestas pueden variar. Ejemplo de limitaciones: no se puede seleccionar la ubicación de la supernova (galaxia) que se desea utilizar para realizar la medición y la detección de estas supernovas depende de los campos objetivo de un estudio o instrumento.

3. Hasta la fecha, sólo se han descubierto unos pocos miles de supernovas de tipo Ia. Ahora que el Observatorio Rubin está a punto de descubrir aproximadamente un millón de supernovas al año, incluyendo más de 10.000 supernovas de tipo Ia, ¿piensa que los descubrimientos de Rubin abordarán o alterarán alguna de estas limitaciones? En caso afirmativo, ¿de qué manera?

Las respuestas variarán dependiendo de la respuesta a la pregunta 2. Es probable que las respuestas describan cómo las repetidas imágenes de campo amplio que Rubin tomará de todo el hemisferio sur crearán un gran conjunto de datos de supernovas de tipo Ia, proporcionando mediciones de distancia mucho más precisas.

Breves descripciones de algunas supernovas históricas - Parte 1

Supernova RCW 86

RCW 86 es la supernova más antigua de la que se tiene registro. En el año 185 d.C., los astrónomos chinos vieron aparecer repentinamente en el cielo nocturno una "estrella invitada" en la constelación que hoy se conoce como Circinus. El Libro de Han Posterior, volumen 102, ofrece la siguiente descripción:

"En el segundo año de la época Zhongping [中平], el décimo mes, en el día Kwei Hae [癸亥] [Año 185], una 'estrella invitada' apareció en medio de Nan Mun [asterismo que contiene Alfa Centauri], el tamaño era la mitad de una alfombra de bambú. Mostró varios colores, y disminuyó gradualmente. En el sexto mes del año siguiente desapareció".

También hay pruebas de que astrónomos romanos presenciaron el acontecimiento. Tenía una magnitud aparente máxima de -4, similar a la del planeta Venus en su punto más brillante.

La primera página del Libro de Han Posterior. Imagen de 范曄 (Fan Ye, 398-445) - 南宋紹興刊本 (edición Southern Song Shaoxing [1131-1162]), Dominio público.

Supernova 1006

El 30 de abril de 1006 d.C. apareció la supernova más brillante de la historia, con una magnitud aparente estimada de -7,5. En su punto álgido, esta supernova habría sido lo bastante brillante como para verse a plena luz del día. Su luz era lo bastante intensa como para iluminar el suelo y proyectar sombras por la noche. El astrólogo y astrónomo egipcio Ali ibn Ridwan, en un comentario sobre el Tetrabiblos de Ptolomeo, afirmó que el "espectáculo era un gran cuerpo circular, de 2 1⁄2 a 3 veces más grande que Venus". Este brillo máximo habría sido unas 16 veces más brillante que Venus, o aproximadamente lo mismo que una Luna creciente (cuando la Luna está iluminada en un 25%). Los monjes de la abadía de Saint Gall, en Suiza, escribieron que "[d]e una manera maravillosa, a veces se contraía, a veces se difuminaba y, además, a veces se extinguía... Así se vio durante tres meses".

Un tallado en roca, o petroglifo, en el Parque Regional White Tanks de Arizona, cerca de Phoenix, puede representar este sorprendente acontecimiento astronómico. Los Hohokam ocuparon la región entre los años 500 y 1100 d.C. El petroglifo muestra un gran círculo de rayos bajo el símbolo de un escorpión. La supernova de 1006 fue visible en la constelación de Lupus, al suroeste de Escorpio el Escorpión.

https://astronomy.com/news/2006/06/rock-art-records-an-ancient-blast

Supernova 1054

El 4 de julio de 1054 d.C. apareció una nueva estrella en la constelación de Tauro, el Toro. Los registros chinos sugieren que era más brillante que todas las estrellas y planetas, sólo superada en luminosidad por el Sol y la Luna. Otras observaciones de la explosión fueron registradas por observadores de estrellas japoneses y árabes.

La supernova fue visible a plena luz del día, alcanzando una magnitud aparente estimada de -7, unas diez veces la de Venus, el objeto astronómico más brillante visible desde la Tierra además del Sol y la Luna. Permaneció visible de día durante 23 días y de noche durante 653 días.

Una pictografía (ver más abajo), asociada a la cultura ancestral de los indios pueblo y hallada en el Cañón del Chaco (Nuevo México), podría representar la supernova. La forma curvada es la Luna, la estrella de la izquierda es la supernova y la huella de una mano de tamaño natural indica que el lugar es sagrado. Los cálculos de la órbita de la Luna muestran que antes del amanecer del 5 de julio de 1054, vista desde el Cañón del Chaco, la delgada Luna creciente menguante estaba a 3 grados de la supernova, y orientada como se ve a continuación.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anasazi_Supernova_Petrographs.jpg#filelinks

Supernova 1572A

La supernova 1572 apareció por primera vez en el cielo nocturno el 2 de noviembre de 1572 en la constelación de Casiopea. El 11 de noviembre ya era más brillante que Júpiter. Alrededor del 16 de noviembre de 1572, alcanzó su máximo brillo con una magnitud de -4,0, y algunas descripciones la equiparaban a Venus cuando este planeta estaba en su punto más brillante. La supernova permaneció visible a simple vista por la noche hasta principios de 1574, y se fue apagando gradualmente hasta desaparecer de la vista.

La supernova de 1572 suele denominarse "supernova de Tycho", debido a la publicación de Tycho Brahe, De nova et nullius aevi memoria prius visa stella ("Sobre la Estrella, nueva y nunca antes vista en la vida o memoria de nadie"), publicada en 1573. Muchos colegas europeos también observaron la supernova y sus observaciones también se incluyeron en la publicación de Tycho. Esta supernova apareció antes de la invención del telescopio.

Mapa estelar de la constelación de Casiopea que muestra la posición de la Supernova de 1572. La supernova se identifica como "I, Nova Stella". [Reimpresión facsímil de la edición original de 1573]. Tychonis Brahe dani, die XXIV octobris A. D. MDCI defuncti, operum primitias De nova stella

Supernova 1604

La supernova 1604 apareció en la constelación de Ofiuco el 9 de octubre de 1604 d.C. En su apogeo fue más brillante que cualquier otra estrella del cielo nocturno, con una magnitud aparente de -4. Existen registros de su avistamiento en fuentes europeas, chinas, coreanas y árabes.

Johannes Kepler comenzó a observarla a partir del 17 de octubre (cuando el cielo nublado se despejó) y continuó observándola durante un año. Debido a que publicó un libro con las observaciones de la supernova, De Stella nova in pede Serpentarii ("Sobre la nueva estrella en el pie de Ofiuco", Praga 1606), ha pasado a conocerse como la Supernova de Kepler.

Extracto del mapa estelar del libro de Kepler. La ubicación de la supernova está marcada con una N mayúscula, (4 cuadrados desde el borde izquierdo y 4 cuadrados hacia arriba desde la parte inferior). Imagen de dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kepler_Drawing_of_SN_1604.png

Supernova 1987A

En la historia más reciente, la Supernova 1987A fue vista por primera vez por el operador de telescopio Oscar Duhalde, mientras tomaba un café en mitad de su turno de noche, el 23 de febrero de 1987, en el Observatorio Las Campanas en Chile. La supernova se encontraba en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea.

Su brillo alcanzó su máximo en mayo, con una magnitud aparente de +2,9. Aunque esta supernova nunca llegó a ser lo bastante brillante como para ser vista durante el día, pudo verse en el cielo nocturno durante casi un año antes de desvanecerse por debajo del límite de visibilidad a simple vista (alrededor de +6,5). También es la supernova más estudiada, observada por numerosos instrumentos en toda una gama de longitudes de onda, durante años.

Dos vistas de la Gran Nube de Magallanes, antes (izquierda) y después (derecha) de la explosión de SN 1987A. La supernova está marcada por una flecha. (Fotografía ESO PR 08b/07)