¡¡DEBATE!! Sobre las estrellas y lo que suponen en el conjunto del...

A mi siempre me han llamado la atención las estrellas de Carbono que, generalmente son, estrellas gigantes rojas y frias en una etapa avanzada de su evolución mostrando intensos rasgos caracterísiticos del Carbono en forma de bandas de CN, CH  y C₂, en su espectro, también conocida como estrella de tipo espectral C.

En las estrellas de Carbono, la abundancia de Carbono es mayor que la de Oxígeno. La presencia adicional de Litio indica que estos elementos han sido producidos mediante reacciones nucleares en el núcleo de la estrella y que están siendo ahora transportados por convección hacia la superficie.

Dado que el Carbono sólo puede ser producido por el proceso Triple-Alfa a temperaturas muy altas, estas estrellas deben de estar muy evolucionadas. Estos raros pero luminosos objetos incluyen a los antiguos tipos R (gigantes de tipo K con temperaturas de 4 000-5 000 K) y N (gigantes de tipo M aunque más frías, con unos 3 000 K). Las estrellas de Carbono de tipo N pueden ser hasta diez veces más luminosas que las de tipo R.

Hace unos días se habló aquí de R Leporis que también es una estrella de Carbono. A lo largo del debate y, para aquellos visitantes primerisos en estos temas, dejaremos una breve referencia de los distintos tipos de estrellas que brillan en el cielo para que, no crean, que todo lo que arriba brilla está compuesto de los mismos materiales.

Hay estrellas que poseen un intenso campo magnético, como revela el desdoblamiento de Zeeman de las líneas de su espectro. Algunos ejemplos importantes de estrellas magnéticas son las denominadas estrellas A peculiares, en las que la intensidad del campo magnético también es variable.

Más recientemente se ha aplicado el término de estrella magnética a las estrellas AM Herculis, una clase de variable cataclísmica que contiene enanas blancas con campos magnéticos extremadamente intensos (del orden de 100 tesla).  

Buenos dias.

Como se indica arriba, el hierro, con su gran estabilidad, actúa de manera inversa a otros elementos, y cuando se constituye en la mayor parte del núcleo de las estrellas, su fusión necesita de energía en vez de donarla, motivo por el cual las estrellas se desestabilizan, ya que esa energía es crucial para contener a la omnipresente gravedad, que ante el menor fallo de la fuerza que la contrarresta, redobla su empuje, consiguiendo colapsar a la estrella involucrada.

Ese proceso que pareciera accidental es en realidad de lo más corriente, siendo el camino más normal en la evolución de los astros; así que podríamos decir que el hierro es determinante en la vida de las estrellas precisamente por su gran estabilidad; y eso que en el espacio la estabilidad es algo raro, ya que todo evoluciona y se transforma contínuamente.

De todas formas es curioso el saber  que algunas estrellas evitan su colpaso a base de robar gas a su compañera binaria, consiguiendo durante bastante tiempo evitar su destino y ocasionando unos cambios tan drásticos de sus condiciones que pueden ser vistos a gran distancia; no obstante únicamente consiguen alargar su agonía, pues más tarde o temprano siguen uno de los diversos caminos que la naturaleza les ha otorgado; sólo las pequeñas y solitarias estrellas se pueden burlar durante mucho tiempo (Quizás más del que se pueda pensar), de ese destino, y ello en base a comportarse como si estuvieran en crisis, gastando sólo lo imprescindible y ahorrando al máximo; de esa forma su capital de gas les permite llegar muy lejos, a diferencia de las gigantes rojas y azules, que por su gran poderío gastan energía de manera descontrolada, y en poco tiempo se les acaba su capital.

Por supuesto que estoy haciendo una analogía con nuestra forma de ser, ya que es muy parecido el uso económico que hacemos de nuestro capital y los resultados que tarde o temprano llegan; aquellas familias con ingresos pequeños, pero que no obstante controlan sus gastos, podrán vivir en buenas condiciones quizás mucho  más tiempo que otras, que dotadas de amplios capitales, los gastan sin miramiento alguno, lo que pronto conduce a su ruina.

Siguiendo ese símil, existen desgraciadamente otras familias, que por sus exíguos réditos, no consiguen nunca sacar adelante a la familia, quedando esta rota y sin futuro; lo que podría parecerse a las enanas marrones, que  debido a su falta de materia no consiguen obtener en su núcleo el calor suficiente para que comiencen las reacciones nucleares, quedando en estrellas fallidas.

Paciencia Emilio, los comentarios ya se irán multiplicando. Y si no lo hacen tal vez sea porque para muchos de nosotros las estrellas están asociadas a la contemplación silenciosa. Lo que, seguramente en razón de la inmensidad que nos revela, suele pasarnos tambien con el mar. “Perdiendo el tiempo de cara al mar” cantaba Serrat, y quién no ha perdido el tiempo de cara al cielo nocturno alguna vez.
  

Por ser bien conocidas por todos, me referiré aquí de manera muy breve,  a las estrellas de Neutrones, esos objetos extremadamente pequeños y densos que es lo que queda después de que una estrella masiva sufre una explosión de supernova de tipo II. Durante la explosión, el núcleo de la estrella masiva se colapsa bajo su propia gravedad hasta que, a una densidad de unos 10¹⁷ kg/m³, los electrones y los protones están tan juntos, que pueden combinarse para formar neutrones. El objeto resultante, consistente solo en neutrones, se soporta frente a un mayor colapso gravitacional por la presión de degeneración de los neutrones, siempre que su masa no sea mayor que unas dos masas solares (límite de Oppenheimer-Volkoff).

Si el objeto fuese más masivo colapsaría hasta formar un agujero negro. Una típica estrella de neutrones con una masa poco mayor que la del Sol tendría un diámetro de sólo 30 Km, y, si consideramos que el Sol tiene aproximadamente 1.400 Km de diámetro, nos podemos hacer una idea de la sdensidad adquirida por esa clase de estrellas. Podríamos decir que, la densidad podría ser mucho mayor que la que tendría un terrón de azúcar con una masa igual a la de toda la humanidad.

Cuanto mayor es la masa de una estrella de neutrones, menor será su diámetro y mayor su densidad. Se cree que una estrella dse neutrones tienen un interior de neutrones superfluidos y, en algunos casos, la enorme compresión a la que ha sido llevada la materia, se puede haber convertido en un plasma de quarks y gluones, las partículas que componen a los neutrones y, de momento, las pequeñas conocidas. En ese caso, la materia  allí presente se comportaría como un superfluido de viscosidad cero que, rodeado de una corteza de más o menos 1 Km de grosor, estaría compuesta de elementos como el hierro.

Los púlsares son estrellas de neutrones magnetizadas en rotación. Las binarias de rayos X masivas también se piensa que contienen estrellas de neutrones, y, algunos casos especiales y bajo ciertas circunstancias, aparecen los magnetares, otra fase de estas extrañas estrellas de las que hablaremos más durante el debate.

Cuando lleguemos a las estrellas supermasivas y gigantes tendremos que utilizar el concepto mismo de “singularidad”que, desagradaba a la mayoría de los físicos, pues la idea de una densidad infinita se alejaba de toda comprensión.  La naturaleza humana está mejor condicionada a percibir situaciones que se caracterizan por su finitud, cosas que podemos medir y pesar, y que están alojadas dentro de unos límites concretos; serán más grande o más pequeñas pero, todo tiene un comienzo y un final pero… infinito, es difícil de digerir.  Además, en la singularidad, según resulta de las ecuaciones, ni existe el tiempo ni existe el espacio. Parece que se tratara de otro universo dentro de nuestro universo toda la región afectada por la singularidad que, eso sí, afecta de manera real al entorno donde está situada y además, no es pacífica, ya que se nutre de cuerpos estelares circundantes que atrae y engulle.

La noción de singularidad empezó a adquirir un mayor crédito cuando Robert Oppenheimer, junto a Hartlan S. Snyder, en el año 1.939 escribieron un artículo anexo de otro anterior de Oppenheimer sobre las estrellas de neutrones. En este último artículo, describió de manera magistral la conclusión de que una estrella con masa suficiente podía colapsarse bajo la acción de su propia gravedad hasta alcanzar un punto adimensional; con la demostración de las ecuaciones descritas en dicho artículo, la demostración quedó servida de forma irrefutable que una estrella lo suficientemente grande, llegado su final al consumir todo su combustible de fusión nuclear, continuaría comprimiéndose bajo su propia gravedad, más allá de los estados de enana blanca o de estrella de neutrones, para convertirse en una singularidad.

Los cálculos realizados por Oppenheimer y Snyder para la cantidad de masa que debía tener una estrella para terminar sus días como una singularidad estaban en los límites másicos de M =~ masa solar, estimación que fue corregida posteriormente por otros físicos teóricos que llegaron a la conclusión de que sólo sería posible que una estrella se transformara en singularidad, la que al abandonar su fase de gigante roja retiene una masa residual como menos de 2 – 3 masas solares.

Oppenheimer y Snyder desarrollaron el primer ejemplo explícito de una solución a las ecuaciones de Einstein que describía de manera cierta a un agujero negro, al desarrollar el planteamiento de una nube de polvo colapsante. En su interior, existe una singularidad, pero no es visible desde el exterior, puesto que está rodeada de un horizonte de suceso que no deja que nadie se asome, la vea, y vuelva para contarlo. Lo que traspasa los límites del horizonte de sucesos, ha tomado el camino sin retorno. Su destino irreversible, la singularidad de la que pasará a formar parte.

Desde entonces, muchos han sido los físicos que se han especializado profundizando en las matemáticas relativas a los agujeros negros. John Mheeler (que los bautizó como agujeros negros), Roger Penrose, Stephen Hawking, Kip S. Thorne, Kerr y muchos otros nombres que ahora no recuerdo, han contribuido de manera muy notable al conocimiento de los agujeros negros, las cuestiones que de ellas se derivan y otras consecuencias de densidad, energía, gravedad, ondas gravitacionales, etc, que son deducidas a partir de estos fenómenos del cosmos.

Se afirma que las singularidades se encuentran rodeadas por un horizonte de sucesos, pero para un observador, en esencia, no puede ver nunca la singularidad desde el exterior. Específicamente implica que hay alguna región incapaz de enviar señales al infinito exterior. La limitación de esta región es el horizonte de sucesos, tras ella se encuentra atrapado el pasado y el infinito nulo futuro. Lo anterior nos hace distinguir que en esta frontera se deberían reunir las características siguientes:

§   debe ser una superficie nula donde es pareja, generada por geodésicas nulas;

§   contiene una geodésica nula de futuro sin fin, que se origina a partir de cada punto en el que no es pareja, y que

§   el área de secciones transversales espaciales jamás pueden disminuir a lo largo del tiempo.

Todo esto ha sido demostrado matemáticamente por Israel, 1.967; Carter, 1.971; Robinson, 1.975; y Hawking, 1.978 con límite futuro asintótico de tal espaciotiempo como el espaciotiempo de Kerr, lo que resulta notable, pues la métrica de Kerr es una hermosa y exacta formulación para las ecuaciones de vacío de Einstein y, como un tema que se relaciona con la entropía en los agujeros negros.

Las estrellas. Solemos hablar casi siempre de los procesos de fusión en su interior, yo voy a mirar de reojo a otro aspecto, el magnetismo. Por ejemplo: el magnetismo solar por ser el que nos cae más cerca y además algo nos toca.

Muchos misterios quedan por desvelar respecto los campos magnéticos creados en el Sol y las manchas que se producen, y es que si algo hay en el Sol es precisamente mucha marcha  y esa marcha produce fenómenos dignos de estudio.

Resulta que desde la superficie (fotosfera) hacia el interior tenemos una especie de plasma compuesto por átomos de hidrógeno fundamentalmente que han perdido sus electrones que vagan por el plasma creando grandes corrientes eléctricas, también hay helio en menor medida. Y tal y como nos enseñaron en clase de física una corriente eléctrica genera un campo magnético, al igual que un campo magnético en movimiento genera una corriente eléctrica (induce) en un hilo conductor que pongamos al lado. Y es que el plasma cargado se mueve, rota, hierve como agua hirviendo y esto provoca que se cree un magnetismo bestial  (y eso que el sol no genera magnetismo como el que ha comentado Emilio de 100T ni mucho menos)

El caso es que los movimientos del plasma cargado por un lado son caóticos (de ahí las grandes variaciones en los campos magnéticos solares y la emisión de energía variable), pero por otro está el misterio de la regularidad que hace que cada 11 años se produzca un pico en las tormentas solares, realmente es un ciclo que dura 11 años, empieza suave para ir alborotándose y terminar con gran inestabilidad, grandes explosiones y emisiones de viento solar, luego después de la tormenta solar viene la calma y otro periodo de 11 años hasta la nueva fiesta (aunque no es de golpe, va aumentando el alboroto a lo largo del ciclo). Y es que las explosiones que se dan o espectaculares fulguraciones solares equivalen a millones de bombas de hidrógeno explotando a la vez.

Parece ser que hay dos zonas diferenciadas en cuanto a la dinámica o movimiento solar, una interior que se comporta como un rígido y otra exterior (el plasma comentado) y ambas rotan a distintas velocidades y el plasma rota también en el ecuador va más rápido y en los polos un poco más lento, esto favorece el magnetismo solar.

Existen zonas un poco más frías que vemos como manchas, pero son como un cañón magnético, una especie de túnel por el que escapan las líneas de fuerza del campo magnético. Aparecen en estos puntos esos espectaculares arcos de material eyectado por un lado y recogido después, suelen coincidir las fulguraciones solares con las zonas de manchas, las zonas de mayor actividad magnética como he comentado antes.

No se dispone a día de hoy de un mapa magnético solar que explique los ciclos de actividad que llegan incluso a afectar a planetas “cercanos”, como en la Tierra donde se producen verdaderas interferencias (en satélites especialmente detectables) y grandes apagones como en las últimas tormentas solares (ej Quebec 1989), aunque tengamos un escudo que nos protege del viento solar, se ha demostrado que tiene fisuras

Pero tras el campo magnético terrestre que nos protege casi de todo el viento solar, está la atmósfera que lo completa absorbiendo el viento solar que se cuele, ese viento compuesto principalmente por protones de alta energía, y algunos electrones seguro también habrá. Ese viento que sería tan dañino para nosotros se nos acaba mostrando como bellas y espectaculares auroras boreales y australes al agruparse las partículas en los cinturones de Van Allen. Seguro que la vida en la Tierra sería bastante diferente si no tuviéramos magnetismo terrestre entre otras protecciones que disponemos.

Pero, volviendo a las estrellas, para campo magnético el de los púlsares, estrellas de neutrones que como relojes emiten pulsos de radiación electromagnética regulares. Son los faros del espacio.

PD: los emoticonos los he cogido de otro foro 🙂