¿Cómo nacen y funcionan las estrellas?

Nos encanta mirar las estrellas. Esos puntos luminosos que salen por la noche y adornan el cielo con su luz. Sabemos que deben estar muy lejos de nosotros, suspendidas en el espacio exterior. Pero en realidad no nos ponemos a pensar mucho más sobre ellas muy seguido.

En una noche despejada, podemos observar a simple

vista hasta 2500 estrellas en el cielo.

Me he topado con personas que no saben que esas estrellas son soles como el nuestro, o que piensan que las estrellas son sólo puntos pequeños de luz en el espacio, o que el Sol es una gran bola de fuego. Bueno pues, me he decidido a hablar un poco de lo que en realidad es una estrella, hablando en términos generales y sin entrar demasiado en detalles de física nuclear. Empecemos pues por decir lo que es una estrella.

Una estrella es una bola de gas ionizado, calentado

por reacciones de fusión nuclear en su centro.

Dejando de lado la clásica definición de nuestros padres cuando les preguntamos qué son las estrellas (puntitos de luz brillando en el cielo), una estrella es un cuerpo astronómico que brilla con luz propia gracias a los procesos de fusión nuclear en su centro. La energía que se produce tiende a hacer explotar la estrella, pero se mantiene en equilibrio con la fuerza de gravedad que produce su masa, la cual tiende a comprimirla. El calor emitido por las reacciones de fusión nuclear son las que elevan las temperaturas del gas de las capas externas y hacen brillar a la estrella.

Las reacciones de fusión nuclear en el centro tratan

de expandir el sistema, mientras que la gravedad trata de comprimirlo.

La estrella se halla en equilibrio.

Aunque pueden contener otros elementos dentro de ella, una estrella es básicamente hidrógeno. El hidrógeno es el elemento más simple y abundante del Universo, abarcando el 90% de la materia ordinaria. Cuando el hidrógeno forma una estrella, se transforma en lo que llamamos un plasma. El plasma es el cuarto estado de la materia y básicamente es un gas ionizado (con carga eléctrica). Cabe mencionar que el plasma es el estado de la materia más abundante en el Universo ya que las estrellas contienen la gran mayoría de materia del cosmos.

Las estrellas nacen en las nebulosas, que son nubes inmensas de gas (en su mayoría hidrógeno) repartidas por todo el espacio. Durante mucho tiempo pueden permanecer estables e inalteradas. Estáticas en el espacio durante millones de años.

Los “pilares de la creación”. Una nebulosa donde se puede

observar el nacimiento de nuevas estrellas. La nebulosa mide

varios años luz cuadrados.

Pero de vez en cuando puede pasar algo que cambie esto. Talvez un choque con otra nebulosa o el impulso de alguna explosión de supernova cercana. Esto hace que la nebulosa deje de estar en equilibrio y comience a formar regiones con más gas que otras.

Cuando esto pasa es el inicio del nacimiento de una estrella. Al cabo de miles o millones de años el gas se va acumulando cada vez más gracias a la atracción gravitatoria. Al acumular más materia, genera más gravedad; al generar más gravedad, acumula más materia. Como una bola de nieve que va cayendo por la montaña, haciéndose más grande cada vez. Constantemente están naciendo nuevas estrellas; justo ahora, mientras lees este artículo.

Una nebulosa que sea resultado de la explosión de una estrella

masiva (supernova) contendrá muchos elementos pesados en

su interior. El sistema solar, la Tierra y tú mismo salieron de una

nebulosa planetaria como ésta.

De una sola nebulosa pueden nacer múltiples estrellas, en diferentes partes de ella. Se cree que nuestro sol nació de una nebulosa con muchas otras estrellas hermanas, que ahora se encuentran repartidas por la galaxia. Llegará un punto en que el gas acumulado genera tanta gravedad que forma una esfera cuyo centro comienza a calentarse, como todo buen gas comprimido.

Lo que pasa a continuación depende en realidad de la cantidad de materia acumulada. Si la cantidad no es la suficiente (menos de 13 veces la masa de Júpiter) entonces nunca podrá acumularse la presión y la temperatura necesaria como para comenzar la fusión nuclear, por lo que nos quedaríamos con un planeta gigante gaseoso. Visto desde este punto de vista, podemos decir que el gigante Júpiter es una estrella fallida. Ya que de haber acumulado más masa en sus inicios, habría comenzado a quemar hidrógeno en su núcleo convirtiéndose en un segundo sol para nosotros.

“No piensen en mí como una estrella fallida. Piensen

en mí como un planeta exitoso” –Júpiter

Aunque Júpiter no genera luz visible, sí que genera radiación de longitudes de onda más larga. De hecho; Júpiter, Saturno y Urano emiten más radiación de la que reciben del sol. Esto quiere decir que el calor que se encuentra en estos planetas depende más de la presión en sus núcleos, que del sol.

Ahora bien, si la cantidad de materia acumulada en la proto-estrella (estrella en formación) supera la de 13 veces Júpiter, ya no podemos decir que tenemos un planeta, pero si talvez una estrella. Las más pequeñas se llaman Enanas marrones y existe una controversia sobre si pueden llamarse estrellas o no.

Estos objetos astronómicos tienen fusiones nucleares en su centro pero generan tan poca energía que no brillan con luz visible. Solo emiten grandes cantidades de luz infrarroja y talvez un poco de luz rojiza débil. Por lo que al ojo humano se verían como grandes esferas (casi del tamaño de Júpiter) de un color marrón apagado. Hablaré sobre ellas con más detalle en otro artículo.

Representación artística de una Enana Marrón.

Si el cúmulo de gas logra contener un 0.08% de la masa de nuestro Sol (80 veces la masa de Júpiter) como mínimo, entonces ya podemos decir que tenemos una estrella en toda la extensión de la palabra.

El hidrógeno existente en el núcleo se encontrará a una temperatura tan alta (en el sol, alrededor de 15 millones de grados Celsius) y presión tan grande (en el sol, alrededor de 200mil millones de atmósferas terrestres) que los átomos no podrán resistir más, y comenzaran a fusionarse entre ellos. El resultado de esta fusión es la creación de átomos de Helio (a través de un proceso algo más complicado) así como también neutrinos (de los que hablaba en el artículo sobre el premio Nobel de física 2015, en la sección de Física en este blog).

A esto se le llama Fusión nuclear y genera tremendas cantidades de energía (la masa total del átomo de Helio es menor a la suma de los átomos de Hidrógeno que lo formaron. Esto debido a que parte de esta masa ha sido transformada en energía. La cantidad de energía liberada obedece la fórmula E=mc2, por supuesto).

De esta manera el núcleo de la estrella comienza a intentar expandirse con grandísimas explosiones nucleares, mientras que toda la materia que tiene alrededor trata de comprimirla con todo su peso debido a la gravedad. A esto se le llama equilibrio hidrostático. Nuestro sol se encuentra en este punto de equilibrio, pero no durará para siempre.

El sol.

Ya les contaré lo que le pasa a una estrella cuando termina de quemar el hidrógeno de su núcleo en otro artículo.

Desde el instante en que la estrella comienza a fusionar hidrógeno, se dice que entra en la “secuencia principal” y dependerá de su masa el tiempo que durará en esta fase. Cuando hablamos de estrellas como de humanos; entre más gordas viven menos.

Me explico.

Entre más masiva es una estrella, genera más gravedad; lo que genera más presión en su núcleo y por lo tanto más temperatura, acelerando las fusiones nucleares.

Aunque las estrellas más masivas cuentan con mucho más material que fusionar que las pequeñas, el ritmo de fusión es mucho mayor. Esto ocasiona que las estrellas más grandes sólo “vivan” apenas unos cuantos millones de años, mientras que estrellas menos gordas como la nuestra lleguen a existir hasta por varios miles de millones de años.

El diagrama HR cataloga las estrellas por su luminosidad y temperatura.

Las rojas (esquina inferior derecha) son las más pequeñas, frías y menos brillantes.

Las azules (esquina superior izquierda) son las más grandes, calientes y brillantes.

Nuestro sol anda por la mitad.

Cabe mencionar que una estrella como nuestro Sol basa su existencia principalmente en la fusión del hidrógeno. Pero existen estrellas que fusionan elementos más pesados como el Helio, Carbono, Oxígeno, etc. hasta llegar al Hierro. La fusión de elementos más pesados que el Hierro ya no libera energía, pero todo lo contrario. A partir del Hierro se requiere aportar energía para lograr obtener los siguientes elementos de la tabla periódica. Pero ya hablaremos de eso en otro momento.

Si te lo estabas preguntando, nuestro sol se formó oficialmente como estrella hace unos 5mil millones de años. Al tratarse de un astro de la Secuencia principal, y calculando su masa y la cantidad de helio que presenta, puede saberse en qué punto de su “vida” se encuentra.

Estamos a la mitad de la vida del Sol (más, menos) por lo que faltan otros 5mil millones de años para que se agoten las reacciones nucleares de su núcleo y bueno, no la pasaremos tan bien cuando eso pase si es que seguimos en la Tierra.

Claro, esto si aún no nos hemos autodestruido en alguna guerra o Darth Vader no nos aniquiló ya con su Estrella de la muerte.