Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

diciembre 20, 2014

La muerte de las estrellas

Las estrellas, como los seres vivos, nacen, se desarrollan y mueren. Pero sólo se reproducen después de su muerte, dando origen a otros cuerpos estelares.

La nebulosa de la hélice es lo que queda de la muerte de una
estrella similar a nuestro sol, con una enana blanca en su
centro. (Foto CC Spitzer Space Telescope NASA vía
Wikimedia Commons) 
Uno de los acontecimientos más emocionantes para la comunidad de astrónomos es la aparición de una supernova en los cielos, una explosión cósmica colosal que es el más espectacular final que puede tener una de una estrella. En la historia humana se habrán podido ver quizá unas mil supernovas, nada más, la primera de ellas registrada por los astrónomos chinos en el año 184 de la era común.

La fuerza de una supernova es suficiente para crear todos los elementos naturales que tienen más protones que el hierro, ya que consigue que se fusionen los núcleos de los elementos que se forman en el interior de las estrellas dando lugar a otros más pesados. Todos los elementos con más de 26 protones han sido creados en supernovas.

Lo que resulta sorprendente en un principio es que las estrellas no sean eternas o, al menos, que no todas hayan surgido en los inicios del universo hace unos 13.800 millones de años. Ciertamente hay algunas estrellas que se calcula que tienen esa edad, pero la mayoría de las que podemos observar y cuyas edades podemos estimar tienen entre mil y diez mil millones de años.

Las estrellas, entonces, existen a lo largo de un ciclo que va desde su nacimiento hasta su muerte. Y todo el ciclo depende de la cantidad de masa que tenga cada una de ellas.

Todo comienza en una nube de materia. Y la materia más abundante del universo, como descubrió la cosmóloga Cecilia Payne-Gaposchkin, es el hidrógeno, de modo que es el principal componente de las nebulosas, junto con helio y polvo estelar.

Toda la materia que existe atrae a todo el resto de la materia con la fuerza más omnipresente del universo, la gravedad, que es a la vez la más débil pero la que actúa a más distancia. Debido a la atracción gravitacional, se van formando nubes que al aumentar su masa ejercen una mayor atracción y sumando más materia. Finalmente, la estrella es tan masiva que su propia gravedad es lo bastante intensa para provocar que los núcleos de hidrógeno se fusionen formando núcleos de helio. Esa fusión libera una enorme cantidad de energía y provoca que se dispare y se ponga en marcha, en toda la estrella, un proceso de fusión en cadena que la convierte en un horno nuclear colosal.

Toda la energía que sale de la estrella en forma de luz, de calor, de radiaciones electromagnéticas, etc., es producto de esa fusión. A lo largo de la vida de la estrella, lo que los astrónomos llaman su “secuencia principal”, el hidrógeno se agota y pueden darse procesos de fusión del helio creando otros elementos mientras el núcleo de la estrella se va contrayendo lentamente como resultado de la pérdida de la energía que irradia, aumentando la presión y la temperatura de la propia estrella.

De hecho, cuando vemos una estrella en su secuencia principal, como el caso de nuestro Sol, estamos viendo también una lucha de equilibrio entre la gravedad de la estrella, que atrae la materia hacia su centro, y la presión del gas que la impulsa hacia afuera.

Pero, eventualmente, el combustible se agota y la estrella muere.

Esa muerte puede darse de distintas maneras.

Un fenómeno que participa en el final de muchas estrellas es lo que se conoce como “presión de degeneración” de los electrones o neutrones. Se trata de un principio de la mecánica cuántica que impide que estas partículas elementales ocupen los mismos niveles de energía.

Si la estrella tiene menos de 0,4 veces la masa del Sol (el Sol equivale a 333.000 veces la masa de la Tierra), es una enana roja. Nunca hemos visto la muerte de una enana roja porque sus vidas son de varios billones de años, más que la edad del universo, de modo que sólo podemos especular que su muerte se produce convirtiéndose en una enana blanca con el combustible agotado que irradia la energía que le queda de su época activa y, eventualmente, una enana negra fría, o bien podría estallar como una supernova.

Cuando la estrella tiene una masa mayor, de hasta 1,44 veces la del Sol, puede pasar varios miles de millones de años en su secuencia principal hasta que, por el agotamiento de su combustible, los gases de su exterior se expanden como una gigante roja, fusionando helio, antes de perder sus capas externas. Lo que queda entonces es una enana blanca, como en el caso de las estrellas más pequeñas, que no se contrae más debido a la presión de degeneración de los electrones, que actúan contra la gravedad.

Pero una estrella puede ser mucho más masiva que nuestro Sol. si tiene entre 1,44 y 3 veces la masa solar, esta cantidad de materia hará que al agotarse el combustible nuclear de la estrella colapse, se comprima debido a su propia atracción gravitacional, hasta formar una estrella de neutrones, un cuerpo extremadamente masivo. La masa de estas estrellas vence la presión de degeneración de los electrones, pero no la de los neutrones. Las estrellas de neutrones pueden emitir ondas de radio si giran a gran velocidad por lo que se les conoce como pulsares.

Si una estrella tiene una masa de aproximadamente 5 veces la del sol o mayor, cuando termina la fusión de hidrógeno lo que ocurrirá es la explosión de una supernova, y la materia restante después de esa colosal liberación de energía formará un agujero negro, una estrella tan densa que su atracción gravitacional impide incluso que la luz salga de ella. La enorme masa de del agujero negro vence a los fenómenos de presión de degeneración permitiendo un colapso total de la estrella. Lo que ocurre dentro de un agujero negro es uno de los grandes misterios de la cosmología, pero hoy sabemos que muchas galaxias tienen uno de ellos en su centro.

Esto quiere decir que muchas galaxias que conocemos hoy son producto de la explosión de supernovas cuya materia ha formado otras nubes que se han condensado en estrellas, planetas, sistemas solares y galaxias. Y estas mismas estrellas y galaxias tendrán también un ciclo de vida y un final.

Sabemos que el universo mismo tuvo un principio, o al menos es lo que nos dicen todas las observaciones y cálculos de la cosmología. ¿Tendrá un final? Ésa es una pregunta cuya respuesta aún está a la espera de nuevos descubrimientos.

El fin de nuestro sol

Hemos visto que nuestro sol eventualmente se convertirá en una gigante roja. De hecho, se prevé que se expandirá tanto que abarcará la órbita de la Tierra dentro de alrededor de 6 o 7 mil millones de años. Pero el aumento de su temperatura acabará previsiblemente con la vida en la Tierra dentro de algo menos de dos mil millones de años. A menos que los seres humanos sobrevivamos y colonicemos otros planetas, no podremos ser testigos de los últimos capítulos de la estrella que nos dio la vida.

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