21: El nacimiento de las estrellas y el descubrimiento de planetas fuera del Sistema Solar
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“Hay innumerables soles e innumerables tierras que giran alrededor de sus soles exactamente de la misma manera que los planetas de nuestro sistema. Vemos sólo los soles porque son los cuerpos más grandes y son luminosos, pero sus planetas nos quedan invisibles porque son más pequeños y no luminosos. Los mundos innumerados del universo son todos similares en forma y rango y están sujetos a las mismas fuerzas y a las mismas leyes”. —Giordano Bruno en Sobre el universo infinito y los mundos (1584). Bruno fue juzgado por herejía por la Inquisición romana y quemado en la hoguera en 1600.
Hemos hablado de las estrellas como hornos nucleares que convierten los elementos ligeros en otros más pesados. La evolución nuclear de una estrella comienza cuando el hidrógeno se fusiona en helio, pero eso solo puede ocurrir cuando la temperatura central supera los 10 a 12 millones de K. Dado que las estrellas se forman a partir de material interestelar frío, debemos entender cómo colapsan y eventualmente alcanzan esta “temperatura de ignición” para explicar el nacimiento de las estrellas. La formación estelar es un proceso continuo, desde el nacimiento de nuestra Galaxia hasta la actualidad. Estimamos que cada año en nuestra Galaxia, en promedio, tres masas solares de materia interestelar se convierten en estrellas. Esto puede sonar como una pequeña cantidad de masa para un objeto tan grande como una galaxia, pero solo se forman tres nuevas estrellas (de miles de millones en la G alaxia) cada año.
¿Los planetas orbitan otras estrellas o es el nuestro el único sistema planetario? En las últimas décadas, la nueva tecnología nos ha permitido responder a esa pregunta revelando casi 3500 exoplanetas en más de 2600 sistemas planetarios. Incluso antes de que se detectaran planetas, los astrónomos habían predicho que los sistemas planetarios probablemente serían subproductos del proceso de formación estelar. En este capítulo, nos fijamos en cómo la materia interestelar se transforma en estrellas y planetas.
- 21.1: Formación Estelar
- La mayoría de las estrellas se forman en nubes moleculares gigantes con masas tan grandes como masas\(3 × 10^6\) solares. La nube molecular más estudiada es Orión, donde actualmente se está produciendo la formación estelar. Las nubes moleculares suelen contener regiones de mayor densidad llamadas grumos, que a su vez contienen varios núcleos de gas y polvo aún más densos, cada uno de los cuales puede convertirse en una estrella. Se puede formar una estrella dentro de un núcleo si su densidad es lo suficientemente alta como para que la gravedad pueda abrumar la presión interna y causar que el gas y el polvo t
- 21.2: El H-R y el estudio de la evolución estelar
- La evolución de una estrella se puede describir en términos de cambios en su temperatura y luminosidad, lo que mejor se puede seguir trazándolos en un diagrama H—R. Las protoestrellas generan energía (y calor interno) a través de una contracción gravitacional que típicamente continúa durante millones de años, hasta que la estrella alcanza la secuencia principal.
- 21.3: Evidencia de que se forman planetas alrededor de otras estrellas
- La evidencia observacional muestra que la mayoría de las protoestrellas están rodeadas por discos con diámetros suficientemente grandes y suficiente masa (hasta 10% la del Sol) para formar planetas. Después de unos pocos millones de años, la parte interna del disco se limpia de polvo, y entonces el disco se forma como una rosquilla con la protoestrella centrada en el agujero, algo que puede explicarse por la formación de planetas en esa zona interior.
- 21.4: Planetas más allá del Sistema Solar- Búsqueda y Descubrimiento
- Varias técnicas de observación han detectado con éxito planetas que orbitan otras estrellas. Estas técnicas se agrupan en dos categorías generales: detección directa e indirecta. Las técnicas Doppler y de tránsito son nuestras herramientas indirectas más poderosas para encontrar exoplanetas. Algunos planetas también están siendo encontrados por imágenes directas.
- 21.5: Exoplanetas en todas partes - Lo que estamos aprendiendo
- Aunque la misión Kepler está encontrando miles de nuevos exoplanetas, estos se limitan a periodos orbitales de menos de 400 días y tamaños mayores que Marte. Aún así, podemos usar los descubrimientos de Kepler para extrapolar la distribución de los planetas en nuestra Galaxia. Los datos hasta ahora implican que planetas como la Tierra son el tipo de planeta más común, y que puede haber 100 mil millones de planetas del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas parecidas al Sol en la Galaxia. Alrededor de 2600 sistemas planetarios han sido descubiertos alrededor de otras estrellas.
- 21.6: Nuevas perspectivas sobre la formación de planetas
- El conjunto de exoplanetas es increíblemente diverso y ha llevado a una revisión en nuestra comprensión de la formación de planetas que incluye la posibilidad de interacciones vigorosas y caóticas, con la migración y dispersión del planeta. Es posible que el sistema solar sea inusual (y no representativo) en la forma en que están dispuestos sus planetas. Muchos sistemas parecen tener planetas rocosos más adentro que nosotros, por ejemplo, y algunos incluso tienen “Júpiter calientes” muy cerca de su estrella.
Miniatura: Vemos un primer plano de parte de la Nebulosa Carina tomada con el Telescopio Espacial Hubble. Esta imagen revela chorros impulsados por estrellas recién formadas incrustadas en una gran nube de gas y polvo. Partes de las nubes brillan a partir de la energía de estrellas muy jóvenes recientemente formadas dentro de ellas. (crédito: modificación de obra de NASA, ESA y M. Livio y el Equipo 20 Aniversario del Hubble (STSCi))