Hoy, con los conocimientos que atesoramos y los sofisticados instrumentos con los que contamos y, con los avances que hemos podido conseguir en Física y Astrofísica, hemos llegado a un nivel muy aceptable del conocimiento de las estrellas y del proceso que siguen desde que nacen hasta que mueren, y, de entre toda la variedad de estos objetos estelares, los que más han llamado la atención por sus especiales características, han sido esas estrellas que, al final de sus vidas y dependiendo de sus masas, se pueden convertir en:

• Enanas Blancas,
• Estrellas de Neutrones,
• ¿Estrellas de Quarks-Gluones?, y
• Agujeros Negros.

De todas ellas podemos (más o menos) explicar sus más destacadas caracteristicas y también el por qué, a partir de una estrella, se convierten en esos extraños objetos de tan altas densidades y, cada una de ellas (la estrella enana blanca, la de neutrones o el agujero negro, tienen sus especiales peculiaridades) pero, siguiendo la secuencia de estos tres ejemplos, la pregunta que se plantea es:

¿Podrán existir las Estrellas de Quarks? Bueno…

Colisión de iones pesados registrada por el experimento ALICE. (Imagen: CERN.) El acelerador europeo ha obtenido plasma de quarks–gluones, el primer estado de la materia tras el Big Bang. Parece que todo lo que podamos imaginar,  va siendo posible y, aunque no las hemos obervado “todavía”, no me extrañaría nada que, las estrellas de Quarks, estuvieran presentes en el Universo.

No todo son bosones de Higgs en las instalaciones del CERN. Aún hay muchas preguntas sobre el universo y sus partículas que se pueden responder a base de colisiones de alta energía. Y en eso, el LHC es el mejor. Un grupo de investigadores del consorcio europeo ha realizado nuevas mediciones de la que creen que es el primer tipo de materia que hubo durante los instantes iniciales del universo. El plasma de quarks–gluones.

Los quarks y los gluones son, respectivamente, los ladrillos y el cemento de la materia ordinaria. Durante los primeros momentos tras el Big Bang, sin embargo, no estaban unidos constituyendo partículas —como protones o neutrones— sino que se movían libremente en estado de plasma. A base de colisionar iones de plomo —que es un átomo muy pesado— a velocidades cercanas a las de la luz, el LHC pudo recrear durante pequeños lapsos de tiempo las que se creen fueron las condiciones de los primeros momentos del universo.

El plasma de quarks–gluones es extremo y efímero. Por eso los investigadores han tenido que analizar los resultados de más de mil millones de colisiones para obtener resultados significativos.

Evento de colisión de 7 TeV visto por el detector LHCb. El experimento del LHCb en el LHC estará bien ubicado para explorar el misterio de la antimateria. Ya sabéis que, durante muchos años, la ausencia de antimateria en el Universo ha atormentado a los físicos de partículas y a los cosmólogos: mientras que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria, no observamos ninguna antimateria primordial hoy en día. ¿Dónde ha ido? Los experimentos del LHC tienen el potencial de dar a conocer los procesos naturales que podrían ser la clave para resolver esta paradoja.

Cada vez que la materia es creada a partir de energía pura, se genera la misma cantidad de partículas y antipartículas. Por el contrario, cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente y producen luz. La antimateria se produce habitualmente cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra, y la aniquilación de materia y antimateria se observa durante los experimentos de física en los aceleradores de partículas.

Equipos de físicos en todo el mundo siguen analizando datos. Aquellas primeras colisiones de protones a la alta energía prevista de 7 TeV, una potencia jamás alcanzada en ningún acelerador antes, nos puede traer noticias largamente esperadas y desvelar misterios, contestar a preguntas planteadas y, en definitiva, decirnos cómo es la Naturaleza allí, donde el ojo humano no puede llegar pero…, si la inteligencia.

Lo cierto es que, todos tenemos que convenir en el hecho cierto de que, el LHC es el mayor experimento físico de la historia de la Ciencia y que, de seguro, nos dará la oportunidad de comprender muchas cuestiones que antes se nos aparecían oscuras e indistinguibles entre la bruma de esa lejanía infinitesimal de la cuántica. Ahora, tenemos una herramienta capaz de llevarnos hasta aquellos primeros momentos en los que se construyó la historia del universo y, si podemos, de esta manera “estar allí”, veremos, con nuestros propios ojos lo que pasó y por qué pasó de esa manera.

Toda esta larga exposición de temas -que venimos tratando aquí-, de alguna manera conectados,puede que añgún día, nos lleve hasta ese nivel esperado en el que, consigamos muchos más beneficios para toda la Humanidad.  Pero como siempre, me desvío del tema.

La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

Se especula con la posibilidad de que existan estrellas de Quarks que estarían hechas de materia extraña de Quaks y Gluones

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratandose de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York. (De hecho, como más arriba queda reflejado, ya se ha conseguido).

Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de 3^-12 ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fm y ˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

De existir, al ser más densa, la estrella de Quarks estaria entre la de N y el A.N.

Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs  en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

Son muchos los misterios que contiene el Universo y, nosotros, debemos recorrer los caminos para desvelarlos. En la superconductividad electromagnética usual, un campo magnético suficientemente fuerte destruye el estado superconductor. Para la superconductividad de color no existe aún un consenso de cómo, la presencia del campo magnético, podría afectar al apareamiento entre los quarks.

Existen trabajos que describen de manera breve la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una EQ. Han utilizado el modelo fenomenológico de bag del Massachussets Institute of Technology (MIT) para encontrar las ecuaciones de estado de la ME en condiciones determinadas, comprobando la estabilidad de la misma, frente a la materia de quarks ordinaria formada sólo por quarks u y d. Y piensan presentar, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataran de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

Materia de Quarks:

Uno de los mayores logros alcanzados por los físicos en el último siglo, fue la construcción del Modelo Estándar en la física de partículas elementales. Este modelo sostiene que la materia en el Universo está compuesta por fermiones, divididos en quarks y leptones, que interactúan a través de los llamados bosones de calibre: el fotón (interacción electromagnética), los bosones W± y Zº (interacción débil), y 8 tipos de gluones (interacción fuerte). Junto con los bosones de calibre, existen tres generaciones de fermiones: ( v e, e ), u, d ); ( vµ, µ ), ( c, s ) ; ( v….); y sus respectivas antipartículas. Cada “ sabor “ de los quarks, up ( u ), down ( d ), charme ( c ), strange ( s , top ( t ) y bottom ( b), tiene tres colores ( el color y el sabor son números cuánticos ). La partícula que aún no ha sido descubierta experimentalmente es el bosón de Higgs, que cabe suponer sería responsable del origen de la masa de las partículas.

Los quarks son los componentes fundamentales tanto de los hadrones fermiónicos (bariones formados por la combinación de tres quarks) como de los bosónicos (mesones formados por un quark y un antiquark). ES sabido que el núcleo de un átomo está compuesto por nucleones (protones y neutrones) que a su vez están compuestos por quarks (protón = udd). David Gross y Franks Wilczek y David Politzer, descubrieron teóricamente que en la CDC el acoplamiento efectivo entre los quarks disminuye  a medida que la energía entre ellos aumenta (libertad asintótica). La elaboración de esta teoría permitió que recibieran el Premio Nobel de Física en el año 2004. En los años 60, la libertad asintótica fue comprobada experimentalmente en el Acelerador lineal de Stanford.

Podemos imaginar a los Quarks, confinados dentro de los protones y neutrones nadando en una sopa de Gluones.

Sin embargo, la CDC no describe completamente el deconfinamiento en un régimen de alta densidad y baja temperatura, debido a su complejidad matemática y a su naturaleza no lineal para bajas energías. No obstante, es posible recurrir a una descripción fenomenológica para intentar entender la física de la formación de la materia de quarks en las ENs. La materia de quarks, es decir, el plasma de quarksdeconfinados y gluones, es una consecuencia directa de la libertad asintótica cuando la densidad bariónica o la temperatura son suficientemente altas como para considerar que los quarks son partículas más fundamentales que los neutrones o protones. Esta materia, entonces, dependiendo de la temperatura y del potencial químico (µ) de los quarks, aparecería esencialmente en dos regímenes. Uno de ellos, el PQG, constituiría la fase “caliente”  de la materia de quarks cuando T >> µ constituyendo la mencionada ME, que se formaría en el interior de las Ens. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova, con la consecuente aparición de una EN.

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA también encontró dos estrellas inusuales: la fuente RX J1856.5-3754 con una temperatura de 10⁵  K y la fuente 3C58 con un período de 65 ms. RX J1856.5-3754 es demasiado pequeña para ser una EN convencional y 3C58 parece haberse enfriado demasiado rápido en el tiempo de vida que se le estima.

Combinando los datos del Chandra y del telescopio espacial Hubble, los astrónomos determinaron que RX J1856. 5 – 3754 radia como si fuera un cuerpo sólido con una temperatura de unos 1x 10 exp5. ºC y que tiene un diámetro de alrededor de 11 km, que es un tamaño demasiado pequeño como para conciliarlo con los modelos conocidos de las Ens.

Las observaciones realizadas por el Chandra sobre 3C58 también produjeron resultados sorprendentes. No se pudo detectar la radiación que se esperaba en la superficie de 3C58, una EN que se cree producto de la explosión de una supernova vista por astrónomos japoneses y chinos en el año 1181 de nuestra era. Se llegó a la conclusión de que la temperatura de la estrella, de menos de un millón de grados Celsius, era un valor mucho menor que el que predice el modelo. Estas observaciones incrementan la posibilidad de que los objetos estelares mencionados sean verdaderas ¡Estrellas de Quarks!

A mí, no me sorprendería nada.

emilio silvera

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El concepto de vecindad es relativo e indefinido. Su valor puede variar según sean las distintas medidas de celeridad de los medios habituales de comunicación y según sea la extensión dentro de la cual sirva de medida de relación.

Con el empleo de la expresión “vecina” va siempre implícita o sugerida la idea de que existe una región que no es vecina. La vecina persistente de la Tierra es la Luna; los cometas son sólo visitantes ocasionales. Podemos considerar vecinas del Sol a las estrellas situadas a una distancia comprendida entre los cincuenta y cien años-luz, dejando excluidos a los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. Los planetas y los cometas no son vecinos del Sol, sino miembros de su familia, y los bólidos serían una especie de parásitos cósmicos.

Pero mi intención al comenzar este comentario, era el de exponer aquí alguno de los muchos caprichos cósmicos que en el Universo podemos contemplar y, en este caso concreto, me he decidido por contaros lo siguiente:

R LEPORI

Aquí tenemos a R Leporis, una estrella de Carbono a la que se puso el nombre de la “Estrella Carmesí”, o, la “Gota de Sangre”. R Leporis (R Lep / HD 31996 / HR 1607) es una estrella variable de la constelaciónde Lepus, cerca del límite con Eridanus. Visualmente es una estrella de un color rojo vívido, cuyo brillo varía entre magnitud aparente +5,5 y +11,7. Descubierta por John Russell Hind en 1845, es también conocida como Estrella carmesí de Hind. A una distancia aproximada de 1100 años luz, R Leporis pertenece a la rara clase de estrellas de carbono, siendo su tipo espectral C6. En estas estrellas, los compuestos de carbono no permiten pasar la luz azul, por lo que tienen un color rojo intenso. En R Leporis la relación carbono–oxígeno estimada es 1,2, más del doble que la existente en el Sol. Tiene un radio entre 480 y 535 veces más grande que el radio solar, equivalente a 2,2 – 2,5 UA. Si estuviese en el centro del Sistema Solar, su superficie se extendería más allá de la órbita de Marte. Su temperatura superficial, extremadamente baja para una estrella, está comprendida entre 2050 y 2290 K. Brilla con una luminosidad entre 5200 y 7000 veces superior a la del Sol, siendo la mayor parte de la energía radiada como radiación infrarroja.

Como nos dice más arriba Wilipedia, cerca de la famosa estrella Rigel (Beta Orionis), la débil constelación de Lupus (la Liebre) es escenario cada catorce meses de un prodigio de la evolución estelar: R Leporis, la estrella carmesí, cobra vida y regala a los astrónomos toda su belleza al encender en la oscuridad del cielo el resplandor de color rojo más acentuado que puede observarse a través de un telescopio. La encontró el astrónomo inglés John Russell Hind en el año 1845 y dijo de ella, estupefacto, que era como una “gota de sangre”. Desde aquel día, el espectáculo celeste se repite periódicamente cada año y dos meses, cuando R Leporis abandona la oscuridad y resplandece como un candil en un área del firmamento casi vacía de estrellas que contrasta con el fulgor de los soles azules que forman la constelación de Orión.

R Leporis es una estrella de Carbono y constituye uno de esos caprichos cósmicos a los que antes me refería y que han permitido al hombre percibir la magia de los cielos y buscar en ellos la belleza de sus orígenes. La ausencia de colores intensos de las que adolece el firmamento se rompe aquí para deleite del observador nocturno, que asistía a un acontecimiento de la Naturaleza extensivo a miles de millones de estrellas y que en el siglo XVII asombró al científico alemán Johannes Hevelius.

A diferencia del Sol y de las estrellas de su clase, que permanecen estables, el brillo de una gran parte de la población estelar es variable, y en algunos casos su ciclo hace oscilar espectacularmente su intensidad lumínica ante nuestros ojos. En R Leporis, más que sus cambios de brillo, la faceta más hermosa es su tonalidad roja, una de las más intensas que puede observarse en todo el cielo, pero otras variables tienen un ciclo que las hace apagarse y encenderse como si fueran faros en la Vía Láctea. Ese es el caso de Mira, a la que Hevelius llamó “la estrella maravillosa” después de que apareciera en el cielo como por arte de magia.

Mira es el nombre propio que Hevelius le puso a esta estrella, cuya denominación original en el catálogo de Johann Bayer, basado en el alfabeto griego, era Omicrón Ceti, es decir, la estrella omicrón de la constelación de Cetus, la Ballena. Su variabilidad fue descubierta en 1596 por David Fabricius, pero Hevelius se sintió tan atraído por ella que le dedicó un libro, que tituló Historia de la estrella maravillosa. Realmente lo es; el brillo de Mira disminuye hasta la magnitud 11, invisible a ojo desnudo y sólo observable con telescopio como un débil punto de luz, pero al cabo de un tiempo su gigantesca máquina nuclear la hincha vertiginosamente y se convierte en una estrella de segunda magnitud, alcanzando un brillo notable, similar al de la estrella polar. Por eso, cuando está en la parte inferior del ciclo, Mira no puede verse sin ayuda óptica, pero después surge entre las demás estrellas de su constelación, como si se hubiera encendido de repente.

Imagen de Mira obtenida con el Telescopio Espacial Hubble

Mira pertenece a la clase espectral M, la misma que Antares y Betelgeuse. Las tres son estrellas muy frías en comparación con el Sol, ya que su temperatura es del orden de los 3000 grados. Sin embargo, Mira, Betelgeuse y Antares son decenas de miles de veces más luminosas que el Sol, puesto que figuran entre las estrellas más grandes conocidas, alcanzando diámetros de unos ochocientos millones de kilómetros, equivalentes a la distancia a la que se halla Júpiter del Sol. Estas tres gigantes, sin embargo, comparten sus atributos relativos a la clase espectral con las estrellas representativas del polo opuesto: las enanas rojas, como la estrella de Barnard y Próxima Centauri. Todas se muestran ante nosotros con el bello color rojizo, pero la gigante Betelgeuse es una estrella inestable a la que los astrónomos consideran una de las mejores candidatas de la Vía Láctea para estallar en cualquier momento en forma de supernova; puede ocurrir mañana o dentro de mil años, pero Betelgeuse está destinada a un final cataclísmico que se observará alguna vez. En cambio Barnard y Próxima, dos diminutos soles rojos, viven en la eternidad, al ser tan frías y pequeñas podrían permanecer en sus condiciones actuales en torno a doscientos mil millones de años, de acuerdo con la teoría aceptada de la evolución estelar para este tipo de bajo consumo de material nuclear.

Mucho antes de que Russell descubriera la estrella carmesí y Johannes Hevelius quedara fascinado por Mira, la estrella maravillosa, los astrónomos árabes se fijaron en una estrella de la constelación de Perseo que cambiaba de brillo cada tres días, con una pauta muy regular y acentuada. Los árabes escribieron una de las escasas páginas destacadas de la astronomía medieval, paliando de alguna manera la importante decadencia que sufrió esta ciencia en ese período en Europa y el Mediterráneo en el periodo comprendido entre Ptolomeo y Copérnico, que duró un milenio y medio.

Bueno, hablar aquí de las estrellas que conocemos bien y de sus historias resulta entretenido y nos enseña un poco de la Historia estelar en objetos individuales y determinados que, por una u otra razón tienen destacadas razones para que los astrónomos se fijaran en ellos. Alguno de estos días, tendremos que hablar de Eta Carinae, otra variable irregular hipergigante, que llegó a ser la segunda estrella más brillante del cielo. Es una variable azul luminosa con magnitud absoluta de -10, y es clasificada oficialmente como una estrella S Doradus. Se encuentra dentro de un cúmulo de estrellas masivas y una masa estimada en 100 masas solares, es probablemente la estrella más masiva de la Galaxia. El único espectro visible es el de la Nebulosa del Homúnculo que la rodea. Eta Carinae es una intensa fuente infrarroja y su importante pérdida se masa (alrededor de 0,1 masas solares por año) tiene asociadas energías próximas a las de algunas supernovas y, teniéndola a unos 8000 años-luz, lo mejor será estar vigilante, ya que, aunque son distancias inmensas…Nunca se sabe lo que un monstruo de ese calibre nos podría enviar.

emilio silvera

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Estrellas. Copyright: NASA.

Se denominan estrellas de primera generación a, tal y como su propio nombre indica, las primeras estrellas que se formaron en el universo tras el Big Bang. En aquel momento, el universo primigenio estaba constituido por hidrógeno y helio, elementos químicos que permanecen en estado gaseoso aún a temperaturas muy bajas (inferiores a -250 ºC, o lo que es lo mismo, 23 K). Esta composición química es obviamente incompatible con el surgimiento de la vida (atendiendo al significado que se se atribuye a este término en la actualidad) puesto que es inconcebible el surgimiento de un sistema vivo sólo a partir de estos elementos.

Es muy importante, pues, el papel que jugaron las estrellas; estas enormes bolas de plasma de diferentes tamaños son capaces de generar todos los demás elementos químicos que conocemos a lo largo de su vida y aniquilamiento (véase “El Universo Primigenio (II): las Primeras Estrellas” y “Nucleosíntesis (origen de los elementos)“). Las primeras estrellas que surgieron tras el Big Bang, las denominadas estrellas de primera generación, estuvieron compuestas únicamente de hidrógeno y helio, y carecían de elementos tales como el carbono (que juega un papel muy importante como catalizador de reacciones nucleares en el interior de las estrellas actuales)

No todas han dejado de existir, y, algunas, las seguimos llamando por sus antiguos nombres religiosos

Por simple deducción, uno pensaría que todas estas estrellas dejaron de existir hace mucho tiempo; sin embargo, el tiempo de vida de una estrella depende directamente de su masa, de tal forma que mientras que las estrellas más masivas viven “sólo” unos 10 Ma, estrellas con masas iguales o inferiores al 80% de la masa del Sol tienen un tiempo de vida superior a la edad actual del universo. Como consecuencia, es posible que haya estrellas de baja masa que pertenezcan a la primera generación de estrellas, las cuales habrían producido una cantidad muy pequeña de elementos como el carbono, y por tanto su composición química debería ser casi exclusivamente de hidrógeno y helio.

En el Universo temprano se produjo la liberación de los fotones y se hizo la luz. De un Universo opaco pasamos a otro transparente y, con el material primigenio allí existente en forma de plasma, se formaron las primeras estrellas 200 millones de años después del Big Bang.

La formación de estas primeras estrellas se dio en condiciones distintas a las que existen hoy en día, donde vemos que se forman estrellas en nubes moleculares gigantes. En el universo temprano debieron haber también nubes frías donde la única molécula existente era la del hidrógeno molecular (H₂). Hay trabajos que indican que la falta de moléculas con elementos pesados provocaría que las primeras estrellas fueran predominantemente de masas grandes y que ya hubiesen terminado su evolución. Esto es congruente con el poco éxito que han tenido las búsquedas de estrellas de baja masa sin metales en nuestra galaxia.

¿Cuándo se formaron las primeras estrellas? Durante mucho tiempo, la fuerza de la gravedad hizo que nubes masivas de hidrógeno y helio colapsaran sobre sí y el denso núcleo hizo fusionarse a los protones y que la protoestrella comenzara a brillar por la fusión nuclear. Así entraron en la Secuencia principal y brillaron durante miles de millones de años. Aun hoy se ven algunas en las lejanas galaxias.

La formación de la primera generación de estrellas, en un ambiente distinto al de las nubes moleculares de nuestra galaxia, es una área activa de investigación en Astrofísica. Se ha mostrado que la luz de las primeras estrellas pudo escapar fácilmente de las nubes progenitoras, que por la carencia de elementos pesados absorbían poco la luz visible. En principio es posible detectar luz de estrellas de esta primera generación en galaxias muy lejanas. No es descabellado especular que algunas de las galaxias observadas en el campo profundo del telescopio espacial Hubble sean lo suficientemente jóvenes como para contar con una alta proporción de estrellas de primera generación.

Figuras:
Las imágenes son de dominio público porque fue creada por la NASA. Las políticas sobre copyright de la NASA estipulan que «el material de la NASA no está protegido con copyright a menos que se indique lo contrario».

Publicado por Geofrik

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Las estrellas enanas rojas son las más abundantes en el Universo y, desde luego, las que tienen la vida más larga. Algunas son casi tan viejas como el universo mismo, el poco material de fusión que sonsumen las llevan hasta esas edades matusalénicas de miles de millones de años, más de diez mil millones tienen algunas que, nos podrían contar muchas, muchas cosas de las que fueron testigos. Otras como nuestro Sol, estrellas GV2 enana amarilla es también del tipo más abundante. Luego están una pléyade de estrellas de mayor envergadura y grandes masas que van desde las 10 hasta las casi 150 masas solares y su vida es corta por la voracidad de consumir los elementos que van fusionando a una velocidad y cantidades ingentes.

Hace algunos años, en una nebulosa de la Gran Nube de Magallanes, una de nuestras galaxias vecinas, a unos 160.000 años luz de distancia, los astrónomos descubrieron una estrella descomunal que rompía todos los récords. El monstruo llegó a pesar en sus inicios 300 veces la masa del Sol y era 10 millones de veces más luminoso. Si reinara en nuestro Sistema Solar, habría reducido el año en la Tierra a tres semanas y la vida sería imposible por la intensa radiación ultravioleta. Una estrella así es sin discusión extraordinaria, pero no está sola. Resulta que en esa zona del firmamento hay muchas más que pueden ser consideradas unos auténticos pesos pesados. E incluso una o dos más pueden ser similares. A su lado, el Sol es insignificante.

En el corazón de ese criadero de estrellas que es el cúmulo central R136 en 30 Doradus, también conocido como la nebulosa de la Tarántula, un equipo internacional de astrónomos, en el que también han participado investigadores españoles, ha observado casi 1.000 estrellas masivas gracias al Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO). Su presencia resulta fundamental para entender la evolución del Universo, debido a su enorme influencia en su entorno. Pueden explotar en espectaculares supernovas al final de sus vidas, formando algunos de los objetos más exóticos del Universo: estrellas de neutrones y agujeros negros.

“No solo nos ha sorprendido la gran cantidad que hay, sino también las densas muestras de hasta 200 masas solares”, explica Hugues Sana, de la Universidad de Lovaina en Bélgica y coautor del estudio. Hasta hace poco, la existencia de estrellas tan masivas era muy controvertida, pero el estudio muestra que es probable que en su nacimiento alcanzaran un máximo de hasta 300. Porque las estrellas, a diferencia de los seres humanos, nacen pesadas y pierden peso con la edad.

                               En la Gran Nube de Magallanes existen estrellas súpergigantes

Las estrellas son motores cósmicos y han producido la mayoría de los elementos químicos más pesados que el helio, desde el oxígeno que respiramos hasta el hierro de nuestra sangre. Durante sus vidas, las estrellas masivas producen cantidades copiosas de radiación ionizante y energía cinética a través de fuertes vientos estelares. La radiación ionizante de las estrellas masivas fue crucial para el reabastecimiento del Universo después de la llamada Edad Oscura, y su retro-alimentación mecánica impulsa la evolución de las galaxias. Y para comprender bien todos esos mecanismos, hace falta saber cuántos “monstruos” nacen.

Comprender la física de la estrellas masivas bajo las diferentes condiciones que encontramos desde la Vía Láctea al Universo primitivo es fundamental para conocer la evolución del Cosmos y cómo lo vemos en la actualidad.

Según se estima, las estrellas cuando tienen unas 120 masas solares han llegado a un límite en el que, su propia radiación las puede destruir. Sin embargo, se han descubierto estrellas que llegan hasta las 150/300 masas solares. ¿Por qué se mantienen “vivas” y no explotan. Bueno, todos los indicios apuntan al hecho de que, para desahogar y esquivar los efectos de la inmensa radiación que produce la fusión nuclear, eyectan de manera periódica, material al espacio interestelar y se tranquilizan. Ahí tenemos el ejemplo de Eta Carinae.

“Eta Carinae (abreviado: η Carinae o η Car) es una estrella del tipo variable luminosa azulhipermasiva, situada en la constelación de la Quilla, a alrededor de 7500 años-luz (2300 parsecs) del sistema solar. Su masa oscila entre 100 y 150 veces la masa solar, lo que la convierte en una de las estrellas más masivas conocidas en nuestra galaxia. Asimismo, posee una altísima luminosidad, de alrededor de cuatro millones de veces la del Sol; debido a la gran cantidad de polvo existente a su alrededor, Eta Carinae irradia el 99 % de su luminosidad en la parte infrarroja del espectro, lo que la convierte en el objeto más brillante del cielo en el intervalo de longitudes de onda entre 10 y 20 µm.”

Existen estrellas hipergigantes que son las que sobrepasan las 30 masas solares, así fueron denominadas cuando se observaron los objetos más brillantes en las Nubes de Magallanes, aunque en realidad, lo que vieron eran cúmulos de estrellas y no estrellas individuales. Sin embargo de estrellas supermasivas existen múltiples ejemplos y, hemos podido comprobar que, la enorme cantidad de material de fusión que consumen las lleva a una vida corta. Las estrellas supermasivas sólo viven unos pocos millones de años, mientras que estrellas como el Sol, llegan a los diez mil millones de años de vida.

Hay muchas clases de estrellas: Estrellas capullos envueltas en una nube de gas y polvo, estrellas de baja o de alta velocidad, con envoltura, con exceso de ultravioleta, de baja luminosidad, de baja masa, de Bario, de manganeso, de Carbono, de Litio, de Bariones, de campo, de Circonio, de estroncio, estrellas de Helio, de la rama gigante asintótica, de manganeso-mercurio, de metales pesados, de neutrones, (¿de Quarks?), estrellas de referencia, de Silicio, de Tecnecio, de tipo tardío, de tipo temprano, estrella del Polo, estrella doble, estrella enana, estrella estándar, evolucionada, estrella Flash, estrella fulgurante, magnética, estrella guía, hipergigante, estrella invitada, múltiple, peculiar, pobre en metales, estrella reloj, simbiótica, rica en metales, supermasiva, fijas, gigantes…, cada una de ellas tiene su propia personalidad, su propio color y temperatura y también, una media de vida que depende de manera dirtecta de su masa.

Los elementos químicos se fraguan dentro de ellas, y, también al final de sus vidas, en las explosiones Supernovas, se crean los materiales más complejos de la Tabla Periódica. Estos materiales, van formar parte de las grandes Nebulosas de las que vuelven a surgir nuevas estrellas y nuevos mundos que estarán hechos de todos esos eslementos creados en las estrellas y, como nosotros mismos provenimos de ahí, es fácil oir la expresión: “Somos polvo de estrellas”.

Las estrellas no son ninguna excepción y como todo en nuestro Universo, con el paso del tiempo evolucionan y, a medida que van consumiendo su combustibles nuclear de fusión, van acortando sus vidas que, en función de la masa, será más corta o más duradera y también, sus finales serán distintos por la misma causa: Estrellas como el Sol = Enanas Blancas. Estrellas de varias masas solres = Estrella de Neutrones. Estrellas masivas y supermasivas = Agujeros Negros.

Esas transmutaciones que se producen durante un largo período de tiempo, conllevan fenómenos que se producen de distintastas maneras en cada una de esas estrellas. En unas, se alcanza la estabilidad al degenerarse los electrones (que son fermiones), que siguen la Ley de Pauli del Principio de esclusión. Ahí aparecen las enanas blancas.  De la misma manera sucede en estrellas más masivas que el Sol pero, al tener más masa, no es suficiente que los electrones se degeneren y, entonces, electrones y protones se fusionan para convertirse en Neutrones que son (al ser fermiones), los que se degeneran y estabiliza a la estrella como de Neutrones. Cuando ya la masa es muy grande, nada puede frenar a mla Gravedad y lo que nos queda es un Agujero Negro.

Decir eso de que los elementos estelares llegaron a la Tierra y pudo surgir la Vida, no es, en realidad, contar gran cosa de lo que pudo pasar para que nosotros ahora, podamos estar aquí contando sobre ello. Los actuales descubrimientos de la Paleontología, la más tradicional de las científicas, se entrelazan con nuevas ideas nacida de la biología molecular y la geoquímica. Los huesos de los dinosaurios son grandes y espectaculares y nos llevan al asombro. Pero, aparte del tamaño de sus habitantes, el Mundo de los dinosaurios se parecía mucho al nuestro. Contrasta con él la historia profunda de la Tierra, que nos cuentan fósiles microscópicos y sutíles señales químicas y que es, pese a ello, un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una evolución biológica, nos llevan hasta el mundo que conocemos hoy.

   Lo cierto es que, la química de las estrellas está presente en los mundos para que pueda surgir la Vida

Nada surge de manera espontánea, todo se fragua durante un tiempo que tiene marcado por la Naturaleza y, nosotros, hemos tardada (como humanos verdaderos), más de 13.000 millones de años en porde llegar hasta aquí. El tiempo necesario para que las estrellas fabricaran la materia prima y después, el mundo pusiera su granito de arena para que ésta pudiera evolucionar, con la ayuda de la radiaicón del Sol, el agua corriente, una adecuada atmósfera, la presencia de océanos, las placas tectónicas que reciclan periódicamente el planeta… ¡No, no es nada fácil que la vida surja en un Mundo!

Pero en el Universo, son muchas las cosas que pueden pasar, muchos los objetos que están presentes, imnumerables los fenómenos que de una u otra cuestión pueden estar pasando de manera continuada y que no siempre, sabemos comprender.

¡NO! No es el gran Ojo que todo lo ve y nos mira desde las alturas. Fomalhaut ( alpha Piscis Austrini ) es la estrella más brillante en la constelación Zuidervis ( Piscis Austrinus )

Simplemente se trata del fenómeno que conocemos como “Halo atmosférico”, un anilo o arco de luz que parece rodear al Sol (también a la Luna), resultado de la refracción y la reflexión de la luz solar o lunar por los cristales de hielo de los cirros. Los halos solares y lunares más comunes un diámetro angular de 46^º. Por lo general, el borde del halo muestra un efecto prismático, estandio la luz azul refractada hacia el borde exterior y la rpoja al interior. Como resultado de la refracción preferencial de la luz hacia el borde del halo , la zona del cielo interior a un halo es más oscura que la interior. Los halos lunares solo pueden ser vistos claramente cuando la Luna es brillante, típicamente en un intervalo de cinco días en torno a la Luna llena.

El Halo Galáctico está referido a cualquier material situado en una distribución aproximadamente esférica de una galaxia, y que se extiende hasta más allá de las regiones visibles. Puede referirse a la población de estrellas viejas (Población II), incluyendo a los cúmulos globulares, con poca o ninguna rotación alrededor del centro galáctico; o gas tenue, altamente ionizado y de alta temperatura que envelve a toda la galaxia, incluso, muchas veces el halo galáctico está referido a una especie de neblina inconcreta que circunda toda la galaxia sin que termine de hacerse presente pero, ahí está.

Alguna vez podemos contemplar una que nos parece más o menos atractiva pero, no sabemos discernir sobre lo que en realidad estamos contemplando. Por ejempo, arriba tenemos la conocida como NGC 604,  una región H II gigante en la galaxia del Triángulo. Una región H II es una de gas y plasma brillante que puede alcanzar un tamaño de cientos de años-luz y en la cual se forman estrellas masivas. Dichas estrellas emiten copiosas cantidades de luz ultravioleta extrema (con longitudes de onda inferiores a 912 Ångstroms) que ionizan la Nebulosa a su alrededor.

                                                           Las regiones H II son muy abundantes en Galaxia

Cada de hidrógeno ionizado contribuye con dos partículas al gas, es decir, con un protón y un electrón. Las Regiones H II son calientes con temperaturas típicas de 10 000 K, y son entre 10 y 100 000 veces más densas que las regiones H I. Se encuentran normalmente alrededor de las estrellas O y B jóvenes y masivas, siendo el gas ionizado por su intensa luz ultraviloleta, haciendo que éste brille. La Nebulosa de orión es una famosa Región H II. Las Regiones H II pueden ser detectadas en la Galaxia por sus intensas emisiones en e infrarrojo. La radioemisión es debidaal bremsstrahlung del gas ionizado, y la radiación infrarroja a la emisión térmica del polvo.

Las Regiones H II aquí muy presentes y dada su gran extensión. La nebulosa de Orión es uno de los objetos astronómicos más fotografiados, examinados, e investigados. De ella se ha obtenido información determinante acerca de la de estrellas y planetas y a partir de nubes de polvo y gas en colisión. Los astrónomos han observado en sus entrañas discos protoplanetarios, enananas marrones, fuertes turbulencias en el movimiento de partículas de gas y efectos fotoionizantes cerca de estrellas muy masivas próximas a la nebulosa.

Una región H I es una nube formada por hidrógeno atómico frío, poco denso y no ionizado con temperaturas de alrededor de 100 K. Las regiones HI no emiten radiación en el rango visual, sólo en la región de radio. La notación H I se refiere al hecho de que los átomos de Hidrógeno no están ionizados como lo están en los que están presentes en la regiones H II (arriba). Cada átomo de Hidrógeno neutro contribuye al gas justo con una partícula. la Densidad de las regiones H I es demasiado como para que se formen moléculas de hidrógeno, y la luz estelar disociará cualquier molécula formada, de manera que el gas permanece en forma de átomo. El Hidrógeno neutro contribuye aproximadamente a la mitad de toda la materia interestelar en masa y en volumen,  con una densidad media de 1 Átomo/ cm³. Las regiones H I son frías.

Del asomnbroso universo son miuchas las cosas que desconocemos, y, poco a poco, vamos pudiendo descubrir muchos de sus misterios que nos acercan cada vez más, a saber dónde estamos y lo que podemos o no podemos esperar de lo que hay en nuestro entorno.

 

El fluir de esta nube afecta a la Heliosfera (o Astrosfera) de las estrellas vecinas tal como lo hace en la nuestra.

La de que la Voyager 1 había dejado atrás la zona bajo influencia directa del viento solar y se encontraba ya surcando el medio interplantario se convirtió rápidamente en una de las grandes noticias astronómicas del año, en especial por toda la carga simbólica que representa que, por primera vez, un construido por la Humanidad había traspasado por primera vez esa frontera invisible que nos separa y aisla del océano estelar. Pero para los científicos de la misión la llegada a este nuevo reino con una sonda aún operativa y capaz de seguir enviado al menos hasta 2020 es un regalo del que esperan grandes resultados. Y es que más allá del límite solar se extiende una región tan amplia como desconocida, y mucho más compleja de lo que podamos imaginar.

El movimiento de esta estrella binaria fue un misterio durante más de 30años, e incluso se presentó como un posible fracaso de la Relatividad General de Einstein. Ahora un encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha resuleto el misterio. Se observan hechos que no siempre podemos explicar y, persistimos en la búsqueda de las respuestas hasta que las podemos encontrar.

En el efecto periastro se puede contemplar el brillo de una estrella binaria que tiene una órbita altamente excéntrica. Cuando la separación entre las componentes es mínima. Es de hecho, un aumento del efecto de reflexión en el instante del periastro, y surge por la misma causa: la irradiación de una estrrella por la otra.

Hemos llegado a saber de nuevas estrellas, vientos estelares, radiación, energías, estrellas de neutrones o púlsares, agujeros negros, enanas rojas y blancas, ¿estrellas de Quarks? ¿materia oscura? mundos…¿Civilizaciones? ¡El Universo! Lo que todo lo contiene, ahí están presentes todas las cosas que existen y las que tienen que existir… El espaciotiempo, las fuerzas fundamentales de la Naturaleza…¡La Vida!

Cuando pensamos en la edad y el tamaño del Universo lo hacemos generalmente utilizando medidas de tiempo y como años, kilómetros o años-luz. Como y a hemos visto, estas medidas son extraordinariamente antropomórficas. ¿Por qué medir la edad del Universo con un “reloj” que hace “tic” cada vez que nuestro planeta completa una órbita alrededor de su estrella madre, el Sol? ¿porqué medir su densidad en términos de átomos por metro cúbico? Las a estas preguntas son por supuesto la misma: porque es conveniente y siempre lo hemos hecho así.

Nombre	Dimensión	Expresión	Equivalencia aproximada en el Sistema Internacional
Longitud de Planck	Longitud (L)		1.616 252(81) × 10−35 m [1 ]
Masa de Planck	Masa (M)		2.176 44(11) × 10−8 kg [2 ]
Tiempo de Planck	Tiempo (T)		5.391 24(27) × 10−44 s [3 ]
Carga de Planck	Carga eléctrica (Q)		1.875 545 870(47) × 10−18 C
Temperatura de Planck	Temperatura (ML2T-2/k)		1.4

Ésta es una situación en la que resulta especialmente apropiado utilizar las unidades “naturales” la , longitud y tiempo de Stoney y Planck, las que ellos introdujeron en la ciencia física para ayudarnos a escapar de la camisa de fuerza que suponía la perspectiva centrada e el ser humano.

Es caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea. Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros , lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

Lo cierto es que, desde el comienzo del Tiempo, allá por los confines impenetrables de la lejanía del Big Bang (si es que fue así realmente como nació el Universo), se tuvieron que esperar algunos cientos de millones de años para que suregieran las primeras estrellas, pasar por las Eras de la Radiación, la Era Leptónica, la de la Materia, que se produjera la descongelación de los fotones para que el Universo se hiciera de luz… Después de miles de millones de años, el Universo tenía los elementos necesarios para que, la Vida, pudiera surgir en los mundos adecuados y… ¡Aquí estamos!

Aquí estamos tratando de saber lo mismo que quisieron saber nuestros ancestros filósofos: ¿De dónde venimos? ¿Qué hacemos aquí? ?Hacia Dónde vamos? ¿Tendremos algún destino predeterminado…

Y seguiremos, dentro de nuestra inmensa ignorancia, haciendo preguntas mientras estémos por aquí.

emilio silvera

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