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Estrellas masivas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (6)

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Como hoy nos visita la Imagen de la hiperestrella, Eta Carinae, no parece descabellado que hagamos un amplio comentario con relación a este tipo de estrellas supermasivas.

“Comprender las estrellas masivas es clave para nuestro conocimiento del Universo, ya que dominan la luz que recibimos de las galaxias lejanas. Sus propiedades vienen determinadas por su gran masa, pero hay todavía muchos aspectos centrales que no comprendemos bien. Observarlas en galaxias cercanas nos permite estudiarlas en una variedad de condiciones, mientras que en nuestra Galaxia el infrarrojo nos está abriendo nuevas perspectivas.”

Así comienza, un artículo escrito por D. Artemio Herrero, Mirian Gracia y Sergio Simón Días en la Revista Española de Física, Volumen 23, número 3, 2009 que trata de Astronomía y Astrofísica, y, siguen diciendo lo siguiente:

Introducción

La masa es el parámetro principal que determina el destino de una estrella, desde su nacimiento hasta su desaparición. Otros factores tales como su composición química, el momento angular con que nace, manifestado en su velocidad de rotación, o la presencia de compañeras con las que poder interactuar, pueden afectar también su evolución, aunque de modo secundario.

La masa de la estrella afecta tanto a su estr4uctura interna como a su apariencia externa. Internamente, el enorme potencial gravitatorio eleva las temperaturas centrales, haciendo que las reacciones nucleares generen una cantidad de energía tal que el núcleo, siendo incapaz de transportarla por radiación, se vuelve completamente convectivo. Externamente, la luminosidad y temperatura de la superficie son tan altas, que la presión de la radiación es capaz de impulsar las capas de la atmósfera hacia el espacio a velocidades que pueden llegar a los 3000 Km/s, una velocidad comparable a la que adquiere la materia expulsada por una explosión Supernova (que llegan a los 10000 Km/s). La diferencia es que la explosión de Supernova dura apenas una fracción de segundo, mientras que el viento estelar es una constante durante millones de años.

Llamamos estrellas masivas a las que nacen con una masa de 8-9 masas solares, hecho que las condena irremediablemente a morir en una explosión tipo Supernova cuando, al final de sus vidas, cesan las reacciones nucleares en su centro. Conviene indicar que el limite inferior de masa citado anteriormente es un valor que puede depender de detalles de los modelos utilizados, como el ritmo de las reacciones nucleares, o de las condiciones secundarias de la estrella.

¿Qué lleva a una estrella a morir como Supernova? Precisamente, su masa. Tomemos como ejemplo una estrella de unas 60 masas solares. Al nacer, será una estrella de tipo espectral O5, con una temperatura efectiva (una medida de su temperatura superficial) en torno a 40000 K. En su centro, a temperaturas de 4 x 10 con exponente de 7 K y densidades  de 2,2 g  cm3, el H se transforma en He mediante el ciclo CON, utilizando el C, N y O como catalizadores. En ese proceso, el N aumenta su abundancia y el C se reduce, mientras que la de O permanece aproximadamente constante hasta las fases más avanzadas del ciclo.

La energía generada sostiene el peso de las capas superiores, impidiendo que la Gravedad haga colapsar la estrella. Cuando se agote el H central, unos cuatro millones de años más tarde, las reacciones nucleares cesan y la Gravedad gana. El núcleo se contrae y las capas externas se expanden y enfrían; la estrella se vuelve una supergigante  que evoluciona hacia temperaturas menores. El núcleo al contraerse se calienta, y el He puede encenderse durante aproximadamente medio millón de años.

Cuando el He se agota, la estrella, que externamente es una supergigante con un radio de cientos de radios solares, comienza a quemar elementos cada vez más rápidamente. En apenas 1,5 x 10 exponente 5 años quema el Carbono, en unos miles, el Neón y el Oxígeno… en segundos, el Silicio. Cuando el núcleo está compuesto principalmente de Hierro, las reacciones nucleares ya no generan energías, y la Gravedad finalmente triunfa. Las capas superiores caen sobre el núcleo inerte aceleradamente, y la onda de choque resultante se propaga hacia fuera, calentando y expulsando la materia de las capas externas.

Los detalles del proceso que acabamos de narrar varían con la masa de la estrella. Si la estrella nace con entre 8 y 25 masas solares, por ejemplo,  pasará por una fase previa de supergigante roja antes de explotar como Supernova. La explosión de Supernova puede también producirse por otros mecanismos, como la inestabilidad producida por la creación de pares electrón-positrón cuando la estrella es muy masiva. En otros casos más extremos, la estrella dará lugar a un GRB (Gamma-Ray Burst) un suceso altamente energético que puede verse hasta en el Universo temprano.

Las estrellas masivas representan una pequeña fracción del contenido estelar de las galaxias. Sin embargo, la influencia de las estrellas masivas en la estructura y evolución de las galaxias que las alojan es enorme, ya que devuelven al medio del que se formaron ingentes cantidades de energía radiactiva y mecánica, ésta a través de un viento estelar a menudo con una composición química diferente a la inicial. Además, las estrellas masivas pueden sufrir estallidos repentinos de pérdida de masa, cuya causa es desconocida. Durante esta fase, conocida como de “Variable Azul Luminosa”, cuya duración es incierta, las estrellas podrían llegar a perder 1/10 de la masa del Sol en un año. Cuando finalmente explotan pueden inducir nuevos procesos de formación estelar, comprimiendo las nubes moleculares que serán a continuación disociadas por sus descendientes masivos, en un ciclo que modela la evolución de la galaxia.

Debido a su alta luminosidad, las estrellas masivas son clave para estudiar otras galaxias, principalmente aquellas con brotes intensos de formación estelar. La emisión UV de estas galaxias está dominada por rasgos espectrales característicos de estrellas masivas. En el caso de galaxias lejanas, esta propiedad es más interesante, pues dicha emisión se nos aparece desplazada al rojo y puede observarse en el visible, abriéndonos así la puerta de entrada al Universo profundo.

La masa de las estrellas masivas

¿Cuál es el principal problema en el estudio de las estrellas masivas? Pues justamente que desconocemos su masa. No podemos determinar con precisión la masa de una estrella masiva aislada. Esto es muy grave, pues no podemos asignar una masa precisa con otras magnitudes que sí podemos determinar con precisión, como la temperatura efectiva.

El problema se puso de manifiesto en 1992, cuando determinamos masas de estrellas O mediante el estudio de sus espectros (lo que llamamos “masas espectroscópicas”) y las comparamos con las obtenidas mediante modelos de estructuras y evolución estelar (las que llamamos “masas evolutivas”). Las masas espectroscópicas resultaron ser mucho más pequeñas que las evolutivas, por un facto 2, y sin que los errores del análisis pudieran justificar la diferencia. Este problema se conoce como “discrepancia de masa”.

Aquí corto el trabajo de señores Herrero, Días y de la señora García que, os resultaría algo largo y, en algunos puntos tediosos. Los últimos avances en estos estudios van aclarando, poco a poco, las incógnitas que nuevos modelos van despejando para entender mucho mejor, los mecanismos del Universo.

Está claro que, estrellas masivas existen en todas las Galaxias y que, nosotros, las que mejor hemos podido estudiar han sido las que están en nuestra propia Galaxia, la Vía Láctea y, también, aquellas cercanas situadas en las Nubes de Magallanes y otras galaxias del Grupo Local de galaxias al que pertenecemos. No obstante, y, por los motivos expuestos en el artículo, también son de gran interés el estudio de estrellas masivas situadas en galaxias lejanas, en eso que llamamos espacio profundo y que, al estar tan lejos, tienen otros parámetros que, en contra de lo que se pudiera pensar, también son idóneas para poder entender mucho mejor a este tipo de estrellas de corta vida y cuyo destino final es el de convertirse en agujeros negros.

Si habéis aprendido algo nuevo, mucho mejor. Si sólo os recordó lo que ya sabíais, bien está. Y, de todas formas, el adentrarse en cuestiones que nos transportan hasta el corazón de objetos que, como las estrellas masivas, forman parte importe de un Universo maravilloso que deseamos conocer, es, al menos, siempre interesante.

 

  1. 1
    Ramon Marquès
    el 7 de febrero del 2011 a las 20:46

    Hola amigo Emilio. Tú enseñas a mirar al cielo con los ojos del conocimiento. La enhorabuena y gracias. Un abrazo. Ramon Marquès

    Responder
  2. 2
    emilio silvera
    el 8 de febrero del 2011 a las 8:27

    Querido amigo:
    Nada se puede mirar (si queremos hacer una precisa valoración de lo que vemos) sin tener un conocimiento, sino exacto, sí bastante aproximado, de lo que estamos mirando, ya que, de otra manera, no merecería la pena la observación. Mirar por mirar, me recuerda esos viajes en que, vemos el paisaje por la ventanilla del tren y, no pocas veces, podemos ver como en el campo, pastan las vacas, y, de vez en cuando, alguna mira hacia la máquina que se aleja veloz. ¿Pasará alguna idea por la cabeza del vacuno?
    Por el contrario, nosotros (y, por eso nos diferenciamos como seres racionales) podemos observar las cosas y sacar las consecuencias de lo que vemos, y, cuando no comprendemos bien lo observado, insistimos de mil maneras diferentes hasta que, nuestro intelecto, llega a la más completa y exacta comprensión del suceso.
    Así, de esa manera, hemos podido mirar la materia y, de momento, sabemos que a partir de los Quarks y los electrones, se puede emprender un viaje que nos hace pasar por los nucleones, núcleos, átomos, moléculas, cuerpos, planetas, estrellas, galaxias, y, ¡Vida! Todo ello, a partir del Universo “infinito” que desde siempre, hemos tratado de comprender. D dicha comprensión del Universo, podremos obtener los conocimientos precisos que nos guien para que, alguna vez, podamos conocernos a nosotros mismos.
    ¡Nosotros! El logro más complejo del Universo (junto con otros seres que nos puedan acompañar en otros mundos lejanos), siempre tratándo de “saber”, y, desde el Big Bang (si finalmente resultara ser cierto), sabemos que, todo en el Universo ha sido cambiante y nada permanece estático. Sabemos que a partir del elemento más primario, el Hidrógeno, hemos llegado, mediante transiciones de fases ocurridas en los hornos nucleres de las estrellas, a fabricar, elementos más pesados, más complejos de los que, más tarde, se han formado sistemas solares como el nuestro que dieron lugar a Estrellas dominantes que encabezan el reino de una serie de planetas de morfologías diferentes, y, en los que, alguno, si consigue las condiciones adecuadas, puede generar la Vida, ese preciado bien que en nuestro planeta a proliferado desde el comienzo de los tiempos de la Tierra que, ya en su edad muy temprana, albergó alguna clase de vida que a través de los millones de años sucesivos evolucionó y nos trajo a los humanos para que, pudiéramos ser testigos de todo cuanto aquí ocurre y, desde luego, dada nuestra enorme curiosidad, interesarnos por lo que ocurre también en regiones muy lejanas del Universo.
    En nuestro Universo, cuando se profundiza en la mecánica que lo rige, nos podemos dar cuenta de que todo está bien reglado. Existen leyes y fuerzas que procuran el comportamiento de todo cuanto existe en éste sistema cerrado que nuestro universo es.
    Si consideramos (por ejemplo), los mecanismos que operan en las supernovas al objeto de explicar, aunque sea cualitativamente, los picos que aparecen en la curva de abundancia cósmica de elementos y sabiendo que contamos de partida con grandes abundancias de Hidrógeno y de Helio, nos referiremos ahora a los otros núcleos. En orden decreciente de abundancia tenemos la secuencia de núcleos
    H  He  O  C  N  Fe
    Que coincide bastante bien con su ordenación en la Tabla periódica que es:
    H  He  (Li  Be  B)  C  N  O  …  Fe
    Los núcleos entre paréntesis poseeen abundancias pequeñísimas; y el Oxígeno se encuentra “invertido”. Los valores de las abundancias son en porcentajes H=73,5; He = 26,4; O = 8,2•10-3; C = 2,6·10-3; N = 9,3·10-4; Fe = 1,6·10-5.
    Aunque a cada núcleo le pudiéramos considerar como un soporte de una información determinada, existen, no obstante, dificultades en orden a que esas informaciones nucleares puedan extenderse en el espacio, con objeto de alcanzar una mayor diversidad. Ello es debido a que, las fuerzas operantes, al ser de muy corto radio de acción, no consienten esa extensión, pues en la interacción de dos núcleos o más se originan otros y no estructuras de orden superior. Únicamente cabría considerar cietrtos objetos astrofísicos como las enanas bñlancas y las estrellas de neutrones, en las que es posible que existan esas estructuras nucleares de orden superior, como si se tratase de “cristales de núcleos”.
    Por otra parte, las energías implicadas en los núcleos son, como sabemos, millones de veces superiores a las que gobiernan las interacciones entre átomos y moléculas sobre las que se hallan soportados los fenómenos de nuestro entorno y, por supuesto, los vitales de la vida.
    Como me pasa muchas veces, me pongo a escribir y de una cosa me paso a la otra. En definitiva, y, contestando a tu breve comentario, sólo expuse aquí algunos de los conocimeintos que hemos podido lograr para conocer el lugar al que pertenecemos, y, como bien apuntas, la manera más recomendable de “mirar” las cosas, es teniendo un conocimiento de por qué, esas “cosas” se comportan de la manera que lo hacen.
    Un abrazo amigo mío.

    Responder
  3. 3
    Ignacio C. Ignoscere
    el 8 de febrero del 2011 a las 9:47

    Amigo Emilio, con el ejemplo que ha puesto de la vaca, me he puesto a pensar en las diferencias que existen entre nosotros los humanos y los animales, por un lado obviamente está el razonamiento, que hemos ido desarrollando con el transcurrir del tiempo, pero por el otro lado se escuentra el instinto, que a mi entender nosotros lo hemos ido perdiendo mientras que el reino animal creo que lo ha ido desarrollando.
    Con este simple comentario he querido apuntar que el instinto me parece que también es digno de ser estudiado, tal vez tanto como el razonamiento que afortunadamente tenemos y, que es la chispa que nos diferencia de los animales, aunque sigo pensando que nuestro instinto no habría que dejarlo escapar….

    Saludos cordiales!

    Responder
  4. 4
    Ramon Marquès
    el 9 de febrero del 2011 a las 21:02

    Hola Emilio, hola Ignacio:
    Como siempre, estoy de acuerdo contigo, amigo Emilio. Para ver adecuadamente hay que tener abiertoa los ojos del conocimiento que se sitúa en la base, uno ve lo que está preparado para ver.
    También estoy de acuerdo con Ignacio y el desarrollo del instinto de los animales. Incluso pienso que rebasan el instinto para entrar en la fenomenología parapsicológica. Concretamente, por ejemplo, los perros entiendo que van más allá del sentido del olfato; por las historias que me han llegado creo que utilizan la transmisión de pensamiento y la telepatía.
    Amigos, un abrazo. Ramon Marquès

    Responder
    • 4.1
      emilio silvera
      el 10 de febrero del 2011 a las 7:35

      Amigo Ramón:
      Es verdad que algunos animales tienen desarrollados sentidos que nosotros tenemos muy mermados. Todos sabemos de casos en que, los animales, se inquietan minutos antes de un suceso tragico como grandes terremotos y similares. Ellos presienten el suceso antes de que ocurra, o, pudiera ser que, sus finos sentidos capten las ondas o los ruidos que a nosotros no nos llegan con tante antelación.
      En este sentido, es difícil “saber” lo que en realidad pueda pasar por esas “mentes” que, siendo de especies distintas a las nuestras y con las que nos podemos comunicar (no siempre) de manera rudimentaria y más por gestos que por un real intercambio de pareceres (al no poder contar con la palabra), hace que, la comprensión plena de las especies que habitan la Tierra sea casi imposible entre sí, y, de esa manera, sólo sabemos algunas cosas que hemos aprendido de la observación continuada llegando, con algunos especímenes a entablar una relación muy cercana (Perros, gatos, caballos, etc.) que, sin embargo, nunca podrá ser plena.
      No conseguimos conocernos ni a nosotros mismos, y, no pocas veces, en diálogo entre nosotros se hace imposible hasta el extremo de llegar a situaciones de violencia que, en honor a la verdad, no habla muy bien de nosotros. Así que, en ese sentido, algunos animales nos superan.
      Es todo difícil y complejo, la Tierra está habitada por muchas clases de seres y, nosotros, que al parecer somos los que ocupamos la cúspide de esa pirámide de la vida, deberíamos saber ordenar los niveles de manera que, cada especie, pudiera desarrollarse de manera tranquila en su ámbito donde serían estudiadas sin causarles molestias para poder aprender de todas ellas, lo cual, creo, sería muy rentable para nosotros.
      ¡El habitat! ¡La adaptación! ¡El instinto! ¡Respetar las parcelas a cada cual asignada! Pero, ¿Se hace lo necesario para que todo ello sea posible? Creo que no. Siempre estamos molestando a los animales “no racionales” para nuestro provecho que, dicho sea de paso, no siempre es justificado.
      Un abrazo querido amigo

      Responder
    • 4.2
      Ignacio C. Ignoscere
      el 10 de febrero del 2011 a las 11:50

      Yo pienso que el instinto es pieza clave para el desarrollo y evolución del ser humano, el conseguir el equilibrio justo entre razonamiento e instinto debería ser fundamental para conseguir un estado evolutivo mayor del que tenemos en estos momentos de nuestra existencia como seres racionales, no se puede ser todo razonamiento, como tampoco se puede ser totalmente instintivo, uno está más conectado a lo que sería el análisis, estudio, investigación, examen, exploración, observación; el otro, con la conexión perceptiva, los sentidos o, los sentimientos, uno actúa más veloz que el otro(el instinto), el otro requiere de un mayor tiempo pero es más preciso y evita errores(el razonamiento). Sin embargo uno puede ayudar al otro y viceversa.
      En contraste con los animales, nosotros tenemos la cualidad de realizar ambos mecanismos, lo difícil está en conseguir ese equilibrio, pero esto es parte de nuestra evolución, a mí entender, parte esencial, sin ánimo de exagerar.

      Saludos cordiales, amigos Ramon y Emilio…..
       

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