1.21: Estrellas

Estrellas

Una estrella es un cuerpo celeste auto-luminoso que consiste en una masa de gas que se mantiene unida por su propia gravedad. Las estrellas existen en un equilibrio: su energía interna generada por las reacciones de fusión nuclear da como resultado una salida de energía a la superficie de la estrella. Este flujo exterior de gas dirigido y presiones de radiación se equilibra con las fuerzas gravitacionales dirigidas hacia adentro.

Desde la antigüedad, los astrónomos han estado graficando estrellas en constelaciones, agrupamiento reconocible de inicios que aparecen en el cielo nocturno y se mueven con las estaciones a medida que la Tierra orbita al Sol (Figura 1.43). Aunque las estrellas en constelación suelen aparecer en asociación por apariencia, pueden estar separadas a grandes distancias y muy grandemente en brillo (intensidad). Además, las estrellas existen en una amplia gama de colores, más evidentes cuando se observan a través de telescopios o desde el espacio (Figura 1.44). Muchas estrellas están agrupadas, a menudo compartiendo una historia estelar común (Figura 1.45). Algunas estrellas orbitan entre sí relativamente cercanas entre sí como sistemas binarios (Figura 1.46). Algunos sistemas estelares tienen múltiples estrellas en órbita unas alrededor de otras.

Figura 1.43. Un gráfico de constelaciones de estrellas visibles en el cielo nocturno de otoño.

Figura 1.44. Una vista de estrellas de muchos colores diferentes en la región Alpha Centari. El color es un reflejo de lo calientes que son las estrellas: los azules son más calientes, los rojos son más fríos. El blanco y el amarillo son intermedios.

Figura 1.45. El cúmulo estelar de las Pléyades, quizás la constelación más reconocible, contiene más de 3000 estrellas y está a unos 400 años luz de distancia y unos 13 años luz de diámetro.

Figura 1.46. Albireo es el nombre de un sistema estelar binario visible a unos 380 años luz de distancia.

Entre los millones de estrellas observables en nuestra galaxia, los astrónomos las han venido clasificando por tamaño, color y brillo (intensidad). La mayoría de las estrellas de nuestra galaxia caen dentro de una clase llamada la secuencia principal de la que pertenece nuestro Sol (Figura 1.47). Los astrónomos han desarrollado teorías sobre la formación estelar y el ciclo de vida de las estrellas en sus diferentes clases. Con años de observación, se ha ganado abundancia de conocimientos sobre el ciclo de vida de las estrellas (Figura 1.48).

Ciclo de vida de las estrellas

Las estrellas se forman en nubes moleculares gigantes llamadas nebulosas. Una nebulosa es una nube interestelar dentro de una galaxia que consiste en gas y polvo, que normalmente brilla a partir de la energía radiante de estrellas cercanas dentro de ellas (Figuras 1-49 a 1-54). Las nebulosas son el lugar de nacimiento tanto de estrellas como de otros objetos dentro de los sistemas solares. La nebulosa puede formarse a partir de la explosión de estrellas al final de su ciclo de vida, dando como resultado la creación de una nueva generación de estrellas y sistemas solares.

A medida que se forman las estrellas, la gravedad atrae material (principalmente gas) y su masa aumenta hasta que el calor interno y la presión son suficientes para iniciar las reacciones de fusión nuclear (convirtiendo el hidrógeno en helio). A medida que las estrellas envejecen, consumen su combustible y eventualmente se quedan sin combustible nuclear. Estrellas como el Sol pueden tardar miles de millones de años en consumir su combustible nuclear. Cuando se agota el combustible, las estrellas colapsan bajo el peso de su propia gravedad. No obstante, el destino de una estrella depende de su masa.

Estrellas hasta aproximadamente siete veces la masa del sol caen dentro de la agrupación de estrellas “secuencia principal”. Estos pasan por etapas a medida que consumen su combustible. Las estrellas jóvenes fusionan hidrógeno en helio. Cuando las estrellas se quedan sin hidrógeno, la fuerza de la gravedad las hace colapsar, lo que aumenta el calor y la presión dentro de su núcleo. Durante esta fase de la vida de una estrella se expandirá y se convertirá en un gigante rojo. Una vez que se consume el helio en el núcleo de una estrella, las estrellas en la secuencia principal arrojarán gran parte de su masa al espacio (creando nebulosa), y el núcleo restante se encogerá, enfriará y encogerá para convertirse en un remanente caliente llamado enana blanca.

El destino de las estrellas supergigantes

Las estrellas con masas superiores a aproximadamente siete veces la masa del Sol experimentan un destino más espectacular. Estrellas más masivas quemarán a través de su combustible mucho más rápido que las estrellas de la secuencia principal porque sus núcleos son más calientes y bajo mayor presión. Una de estas estrellas masivas queman a través de su hidrógeno y helio, este aumento de calor y presión permite que la fusión convierta el helio en carbono, luego el carbono en neón y luego en hierro. A medida que la estrella continúa ardiendo a través de su combustible, finalmente se apaga porque el proceso de fusión de crear hierro realmente consume más energía de la que produce y la estrella pierde el equilibrio y colapsa bajo su propia gravedad. El núcleo colapsado alcanza temperaturas en el rango de 100 mil millones de grados y el núcleo retrocede como una explosión masiva llamada nova. Grandes colapsos estelares producen supernova donde una estrella puede arrojar la mayor parte de su masa al espacio. Lo que le pase al núcleo depende de la masa de la estrella. Las estrellas alrededor de 7 a 20 veces la masa del Sol producen objetos masivamente densos llamados estrellas de neutrones (su densidad es tan grande que los electrones y protones colapsan para formar una gran masa de neutrones). Estrellas con masas mayores a aproximadamente 20 veces la masa del Sol colapsan para formar agujeros negros. Agujeros negros de tan densos que su gravedad impide que la luz se escape de dentro de sus “horizontes de eventos” donde la materia es arrastrada hacia un espacio interior donde nada se escapa.

Figura 1.47. El diagrama de Hertzsprung-Russell ilustra la clasificación de estrellas en función del tamaño, la temperatura y la intensidad de las estrellas. El ciclo de vida de las estrellas depende principalmente de su masa y composición.	Figura 1.48. Ilustración del ciclo de vida de las estrellas desde su formación en nebulosas hasta su destino final de colapsar y explotar para formar enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros, dependiendo de su masa.	Figura 1.49. Nebulosa Carina, una parte de nuestra Galaxia Vía Láctea donde nuevas estrellas se forman y emergen de una nube de gas y polvo en lo que comúnmente se llama un “vivero estelar”.	Figura 1.50. Las supernovas son grandes explosiones que demoler parcialmente a completamente estrellas masivas envejecidas, liberando nueva materia y gas para crear una nueva generación de estrellas en la nebulosa recién creada.
Figura 1.51. La Nebulosa Cabeza de Caballo, ubicada en la constelación de Orión, es en su mayoría polvo. Los puntos brillantes en la nebulosa están asociados con estrellas recién formadas.	Figura 1.52.La Nebulosa Cangrejo es el remanente de una supernova registrada en 1054 d.C. La Nebulosa Cangrejo abarca ahora unos 10 años luz y tiene una estrella de neutrones en su centro.	Figura 1.53. La Nebulosa del Anillo se encuentra a unos 2,000 años luz de la Tierra. La nebulosa es una cubierta de gas de aproximadamente un año luz de diámetro que rodea a una estrella moribunda.	Figura 1.54. La Nebulosa de Hour Glass (descubierta por el Telescopio Hubble) es una nebulosa planetaria joven inusual ubicada a unos 8.000 años luz de distancia.