¿Qué son las estrellas?
Una estrella es un cuerpo celeste luminoso que debe su forma gracias a la fuerza de gravedad y el equilibrio hidrostático. Por un lado la materia estelar se mueve hacia el centro de la estrella mientras que por el otro el movimiento del plasma va hacia fuera. Nuestra estrella, es decir, la estrella de la Tierra es el Sol aunque muchas otras se ven desde nuestro planeta y aparecen como puntos de luz lejanísimos.
Acerca de las estrellas y su ciclo de vida
Las estrellas se agrupan en constelaciones y las que son más luminosas recibieron su nombre propio. Una lista de los astros ha sido realizado por los astrónomos a lo largo de los siglos. Lo que mantiene viva una estrella es su energía interior donde gases como el hidrógeno y el helio se funden produciendo una materia energética que deshaoga hacia fuera. La mayoría de los gases estelares se producen por medio de la nucleosíntesis estelar.
Los estudiosos pueden determinar la edad, los elementos químicos de la estrella, su nivel de luminosidad y su volumen. Otros rasgos de la estrella son la temperatura y la magnitud absoluta que forman parte del diagrama de Hertzsprung-Russell que sirve a los astrónomos para conocer la edad y la evolución de la estrella.
diagramma hr galaxia via Lactea
La vida de una estrella empieza con la formación de una nebulosa gaseosa compuesta de hidrógeno, helio y otros gases. Cuando el hidrógeno se transforma en helio produce energía mientras los otros elementos se dirigen fuera del centro de la estrella por el fenómeno de la convección.
Una vez que el hidrógeno está a punto de terminar, una estrella con masa considerablemente menor del Sol, se transforma en una gigante roja con algunos elementos gaseosos que se depositan en la parte externa del núcleo. La vieja estrella emite en el espacio exterior parte de su materia que formará una nueva generación de estrellas. El núcleo de la estrella madre puede convertirse en una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro.
La fuerza de gravedad puede constituir sistemas binarios, es decir, conjuntos de estrellas que se mueven siguiendo una órbita estable, pero pueden formar parte de cumulos estelares o galaxias. Las estrellas producen distintos tipos de energía como la radiación electromagnética, los neutrinos y el viento estelar que permite observarlas como cuerpos luminosos desde nuestro planeta. En cambio, el Sol es la estrella más cercana a la Tierra y debido a esto produce en el cielo lo que nosotros conocemos como día (cuando está presente), y noche (cuando está ausente).
La interacción de los elementos gaseosos realizan el equilibrio hidrostático de la estrella. Con el pase del tiempo los intercambios causan la fusión de los átomos en la parte más externas que tienden a aumentar su diámetro. Este proceso provoca cambios de luminosidad y de color del cuerpo celeste, durante esta fase de colapso la gravedad y la fusión de materia interior realizan cambios de diámetro hasta que la fuerza gravitatoria se impone sobre las capas externas que ya no tiene elementos que fusionar.
NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University), Public domain, via Wikimedia Commons
supernova
El proceso de colapso acaba cuando la estrella no tiene material que fusionar entrando en una fase terminal que dará origen a una supernova. Generalmente, las estrellas se forman por medio de nubes moleculares producidas por colisiones galácticas o por supernovas. Estas nubes se unen entre sí por las fuerzaz gravitatorias y dan lugar a una protoestrella que en su interior empieza el proceso de fusión del hidrógeno, en una fase conocida como secuencia principal en la que se encuentra la estrella por el 90% de su vida. Cuando el hidrógeno termina en el núcleo del cuerpo celeste la estrella se puede convertir, según su masa, en una enana blanca o explotar en supernova, con sus restos que pueden formar una estrella de neutrones o un agujero negro.
La mayoría de las estrellas tienen una forma esférica y una velocidad de rotación baja, mientras otras pueden presentar velocidades distintas entre las regiones de los polos y las ecuatoriales. Las estrellas con velocidad de rotación muy baja pierden su masa con más facilidad, especialmente en las fases finales de su vida, toda la materia expulsada en el espacio interestelar incluirá elementos pesados que irán formando otras estrellas y planetas.
Las estrellas pueden formar entre sí aglomeraciones o sistemas binarios al estar unidas por fuerzas gravitacionales, hasta incluir miles o millones de astros que crean los cúmulos estelares. En nuestra galaxia se encuentran dos tipos de cúmulos: globulares que incluyen de centenares de miles a millones de estrellas, y los cúmulos abiertos que son más recientes y con un número menor de astros. Pero hay también estrellas que viajan aisladas habiéndose alejado de sus originales agrupaciones como nuestro Sol.
Muchas de las estrellas se distribuyen y agrupan en galaxias, el cielo que vemos todas las noches muestra cierta uniformidad en la distribución de las estrellas, pero lo que observamos es sólo una porción del plano galáctico. En las cercanías del Sistema Solar se encuentran la mayoría de las estrellas, situado en la constelación del Sagitario.
Las distancias entre las estrellas son enormes a pesar de aparecer fijas en el cielo nocturno. Los astros fueron de gran utilidad para la orientación de los marinos e incluso para los astronautas en las naves espaciales. Las estrellas fueron el único método que se utilizaba en el pasado para la orientación hasta la llegada de los instrumentos electrónicos del posicionamento hacia la mitad del siglo XX.
Estructura interna de las estrellas
Las estrellas están formadas por tres partes: el núcleo, el manto y la atmósfera. El núcleo es el lugar donde se producen todas las reacciones de los gases interiores, el manto lleva la energía generada hacia la superficie estelar, mientras la atmósfera es el estrato superficial y visible. A su vez se divide en cromósfera, fotósfera y corona solar.
Estructura interna de una estrella
En la corona aunque la materia se dirige hacia fuera la temperatura tiende a aumentar y está formada por elementos y partículas sobre las que influye el campo magnético de la estrella. El núcleo y otras zonas pueden transformarse con la evolución del astro que tiene una vida aproximada entre 1000 y 10000 millones de años, si bien otras tienen una vida mucho más larga.
En el siglo XX todos los estudiosos se preguntaban de donde procedía la energía que alimentaba las estrellas. No se trataba de reacciones químicas porque ninguna de estas era capaz de alcanzar la luminosidad del Sol. Ni siquiera el calor que siendo una fuente de energía más no explicaba el calor aportado en miles de millones de años.
El astrofísico Arthur Eddington fue el primero en sostener que la energía estelar se producía por reacciones nucleares. Los procesos conocidos son dos: la fisión y la fusión. La fisión no logra mantener la luminosidad de una estrella por su bajo aporte energético que requiere elementos más pesados que el hierro que no se encuentran con abundancia en el Universo. El primer proceso de fusión que fue descubierto capaz de producir la energía interior de una estrella tomó el nombre de su estudioso hablandose de ciclo de Bethe.
Arthur Stanley Eddington
Las reacciones de fusión se producen en el núcleo de las estrellas, que dependen del tamaño de los astros. Generalmente los procesos nucleares necesitan un porcentaje del 75% de hidrógeno y un 25% de helio con pequeñas cantidades de otros elementos. La metalicidad de las estrellas dependen de su edad, que es más baja en las estrellas viejas, en nuestra galaxia la Vía Láctea las estrellas se dividen en dos grupos según su metalicidad: son de población I las que tienen un nivel bastante alto de metalicidad, mientras las pobres en metales pertenecen a la población II.
La estructura interior de una estrella se modifica con el pase del tiempo, cuando aumentan o disminuyen ciertos elementos metálicos aunque la metalicidad de una estrella no aumenta demasiado durante su vida. De hecho, cuando se observa el espectro de una estrella se nota que tiene casi la misma composición de cuando nació.
Hiparco de Nicea
Hiparco de NiceaNuestro Sol, mientras tanto, se define como la estrella prototípica porque es la estrella más estudiada por los científicos e incluso la más cercana a la Tierra. La costumbre de los humanos de clasificar a las estrellas fue realizada por primera vez por Hiparco de Nicea y se trasladó a la cultura occidental gracias a las obras de Ptolomeo. Generalmente, la clasificación tenía en cuenta del brillo de las estrellas vistas desde la Tierra. Hiparco se preocupó de instituir un sistema de magnitudes que incluía las estrellas más brillantes de primera magnitud y las menos brillantes pertenecientes a la sexta magnitud.
Clase de luminosidad y tipo espectral
Sin embargo la clasificación más reciente se basa en el tipo espectral. A este propósito existen dos tipos de clasificación: el catálogo de Henry Draper creado al principio del siglo XX, que se ocupa del tipo espectral, y el catálogo del Observatorio Yerkes realizado en la década de los cuarenta, que determina la clase de luminosidad.
Por lo que se refiere al tipo espectral, éste considera la temperatura superficial de la estrella y su espectro luminoso. La clasificación se divide en letras: W, O, B, A, F, G, K, M, L y T que van de mayor a menor temperatura. Las letras W, L, y T se han introducido recientemente y la temperatura del astro determina el color de la estrella, por ejemplo las estrellas de letra O son azules y más calientes, mientras las de K o M son rojizas como el caso de Antares.
Clasificaciòn espectral
En cambio, si tomamos en cuenta las clases de luminosidad las estrellas con una temperatura casi igual pueden presentar un tamaño diferente con luminosidad diferente. Según este sistema se mide el espectro estelar y se analiza si hay líneas espectrales sobre las que influye la gravedad. Conociéndo estos rasgos se puede conocer el tamaño estelar.
De hecho existe otro sistema de clasificación gravitacional establecido por la Unión Astronómica Internacional en 2006. El primer grupo tiene en cuenta si las estrellas tienen o no un centro gravitacional, es decir, si constituyen un sistema estelar. En el caso que si, las estrellas se denominan sistémicas, mientras si hay ausencia de un centro gravitacional se habla de estrellas solitarias. A su vez, las estrellas sistémicas se dividen en centrales si representan el centro gravitacional por otras estrellas, mientras las estrellas sistémicas satélites son las que orbitan alrededor de otras.
Otro criterio de clasificación distingue dos tipos de estrellas según formen parte de agrupaciones con otras mediante fuerzas gravitacionales. Las estrellas se denominan cumulares o independientes dependiendo si forman o no un conjunto con otras estrellas y si la unión depende de la presencia de un centro gravitacional.
Existen también las estrellas que forman parte de un sistema planetario, o sea, la presencia de diferentes cuerpos celestes como los planetas y los asteroides que giran a su alrededor. Pero, las estrellas se definen también como únicas que no presentan otros cuerpos que las orbitan.
Resumiendo, las estrellas se componen principalmente de gas y plasma además de partículas subátomicas y la mayoría de ellas se construye como parte de sistemas binarios. Es imposible saber con exactidud cuántas estrellas existen en el universo, pero si pensamos que podrían contarse 100.000 millones de galaxias y que cada una de ellas puede contener al menos 100.000 millones de estrellas el número parece infinito.
Algunos astros presentan un brillo notable que se conoce como luminosidad y que indica también la cantidad de energía consumida. La temperatura de las estrellas es distinta ya que las más calientes son blancas o azules, mientras las frías son rojizas o anaranjadas. Lo que las diferencia es incluso el tamaño ya que van de enanas a supergigantes, éstas últimas pueden ser mil veces más grandes que el Sol.
Nuestro Sol, por ejemplo, se encuentra en la fase de secuencia principal ya que emite energía convirtiendo el hidrógeno a helio. Las estrellas siguen produciendo energía durante miles de millones de años mientras experimentan diferentes período y fases de su vida. Cuando casi todo el hidrógeno ya es helio, éste aumenta la temperatura del núcleo provocando su expansión y la transformación de la estrella en una gigante roja. Durante esta fase de su vida, la estrella en realidad se libera de sus capas más exteriores para convertirse en una enana blanca.
Enana blanca
Las enanas blancas viven un período de enfriamiento durante millones de años cuando por fin se apagan y no producen energía. Es la fase en la que la estrella se conoce como enana negra. Algunas de ellas explotan en supernovas que dan lugar a una estrella de neutrones o si los restos son abundantes, en un agujero negro.
Es probable que las estrellas varían por lo que se refiere a su brillo. Las que modifican mucho su luminosidad se conocen como estrellas variables, cuyo brillo puede variar de forma muy lenta necesitando años o de forma casi imperceptible.
Las estrellas más conocidas en este sentido son las novas y las supernovas que brillan hasta 200.000 veces más que el Sol. En realidad las supernovas son un fenómeno bastante catastrófico porque es la explosión verdadera de una estrella que puede durar unos días y alcanzar 100.000 millones de veces más que el brillo del Sol antes de apagarse.
Los restos de la supernova van a formar nubes brillantes de gas y de nebulosas, como la nebulosa del Cangrejo que fue observada por primera vez en 1054. Las novas son muy frecuentes en la Vía Láctea, mientras que las supernovas aparecen mucho menos en nuestra galaxia. Las estrellas variables son las que cambian su fuerza de brillo y su variación se produce porque cambia algo en la estructura interna del astro. Mucho se puede saber de la historia del astro y de su evolución.
Algunos estudios han demostrado que muchas de la estrellas conocidas se clasifican en la que se denomina secuencia regular en la que las estrellas más brillantes son las más calientes y las pequeñas son las más frías. Cuando una estrella nace la fase inicial de su vida es caracterizada por una masa relativamente fría. Pero ocurre que el gas llega a ser más compacto y la temperatura interna de la estrella alcanza 1.000.000 C°. Toda esta situación da lugar a reacciones nucleares con las partículas de hidrogeno que se combinan con los átomos de hidrogeno pesado formando núcleos de helio.
Después de otros procesos químicos la estrella se transforma en una gigante roja cuando el hidrógeno se convierte en helio. Después de esta fase la estrella se encoge y se convierte en una enana blanca, la etapa final de este proceso puede ser caracterizada por explosiones internas conocidas como novas. Al medio interestelar se devuelven materiales pesados que darán origen a una generación futuras de estrellas.
Las estrellas además de su existencia verdadera, tienen su propio significado mitológico. En la antigüedad se creía que las estrellas poseían una entidad propia, como si fueran vivientes y con poderes especiales. También se identificaban con el alma de los muertos o la representación de deidades.
Nosotros, los habitantes del planeta Tierra creemos incluso que las estrellas son las protagonistas de algunos elementos que componen el cuerpo del ser humano, compuesto por materiales probablemente producidos en el núcleo de las estrellas antes de su explosión.
