Unadelaspasionesde losastrónomos8 8

naClmlentode LasestreLLas .

Doctor Luis F. RodríID1ezDirector del Centro de Radioastronomíay Astrofísica / UNAM/ Morelia, Michoacán

. Por qué preocuparnos por entender a las¿ estrellas? Para empezar, porque la vida en laTierra existe gracias al calor y a la energía que nosllegá de una estrella, el Sol. Nuestro Sol es unaestrella típica, ni muy grande ni muy pequeña, pero,como veremos, en el espacio existen estrellas muchomás pequeñas y también mucho más grandes que elSol.

Las estrellas son gigantescas bolas degas, de forma esférica, en cuyas partescentrales se dan condiciones de pre~ióny temperatura lo suficientementeelevadas plua que ocurran reaccionestermonucleares.

Estas reacciones producen grandescantidades de energía, que se transportahasta la superficie de las estrellas paraproducir la luz que las caracteriza.

NUESTROVIEJO SOLLas estrellas no han existido desdesiempre. Se formaron en el pasado.En el caso de nuestro Sol, haceaproximadamente unos 4 mil 700millones de años. Afortunadamente,el proceso de formación de las nuevasestrellas se sigue dando en el espacio, demodo que podemos estudiar el fenómenoen la actualidad. Esto contrasta. conotros procesos astronómico s, comola formación de las galaxias (que sonestructuras que contienen muchasestrellas y mucho gas y polvo cósmicos),y que ya no ocurren en el presente.

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En lo que má~ se ha avanzado es enentender la formación de las estrellasde tipo solar, posiblemente porque sonabundantes y relativamente brillantes.Este proceso se da en el interior de unasgrandes nubes de gas y polvo cósmico,que existen en ciertas partes del espacio.Estas grandes nubes contienen cientos ya veces miles de veces la masa del Sol,y por lo tanto la materia prima está ahídisponible.

'Pero como las estrellas son cuerposmucho más compactos y densos que es-tas nubes, necesitamos de un mecanismoque comprima la nube (o una parte deella) hasta transformarla en estrella.Después de todo, la formación de unaestrella es básicamente la contracciónpor un factor de millones o más de latenue nube cósmica hasta condensadaen una estrella.

En este proceso de contracción, la fuerzade gravedad es la que juega el papel másimportante. Esta fuerza es de naturalezaatractiva y trata siempre de acercar

a las cosas entre sí. En una nube, sinembargo, hay otras fuerzas, como laproducida por los campos magnéticos,que actúan de manera repulsiva ycontrarrestan el efecto de la fuerza degravedad. En condiciones normales, unanube está en equilibrto, con la gravedadcontrarrestada por el campo magnéticode la nube y por la presión debida almovimíento de las partículas que formanla nube.

Si este equilibrio persistiera, la nubeno cambiaría su tamaño y nunca seformarían estrellas a partir de ella.Afortunadamente (porque si no fueseasí, no estaríamos aquí para contarlo), lasfuerzas que contrarrestan la gravedad sedebilitan y la gravedad gana finalmentela batalla, comenzando a comprimir lanube. No se sabe en detalle cómo ocurreesto, b siquiera si ocurre de manerapaulatina o abrupta.

FORMACIÓNDE UNA ESTRELLALo que sí se sabe es que la formaciónde la nueva estrella no ocurre demanera esférica, sino que la rotaciónque generalmente tienen estas nubesprovoca la formación de un núcleo (queacabará siendo el Soly al que llamaremosprotoestrella), rodeado de un disco (delcual se formarán los planetas). El gas dela nube no cae directamente en el núcleo,

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sino en el disco, de donde va moviéndosealrededor de la estrella. Pero, cuandoalgo gira, aparece una especie de fuerza,la fuerza centrífuga, que hace que lascosas se quieran alejar del centro degiro (esto es lo que aprovecha alguienque trata de hacer una pizza, dándolevueltas en el aire para que se extienda yse haga más grande).

Este efecto produce que el gas yano caiga de manera directa. en laprotoestrella, sino que s.e asiente a sualrededor, formando un disco delgado yen rotación. Este gas permanecería ahíy no se daría la formación de la estrella,que necesita ganar masa para llegar alvalor mínÍmo, como de una décima dela masa del Sol, que le permitirá tener

procesos termonucleares de manerasostenida. Afortunadamente, hay otroproceso de la naturaleza, que se encargade permitir que el gas que cae primeroen' el disco, vaya después cayendo enespiral hacia laprotoestrella.

Para que el gas que gira alrededorde la protoestrella caiga en ella y la"engorde", es necesario que se deshagade buena parte de su giro o, como sedice técnicamente, de su momentoangular. La manera en que esto sucedepermaneció como un enigma hastala década de los 80, en la. que yariosgrupos de astrónomos (entre ellos unomexicano), descubrieron que las estrellasjóvenes expulsan al espacio-circundanteparte del gas que les está cayendo de

los alrededores. Estas expulsiones (oeyecciones, como también se les llamaen la literatura), se llevan el momentoangular para permitir que el gas caiga enla protoestrella y la haga crecer.

VIOLENTASEXPULSIONESDE GASEstas expulsiones de gas ocurren agran velocidad, cientos de kilómetrospor segundo, y producen fenómenosmuy vistosos en los alrededores de laprotoestrella. También se sabe que lasexpulsiones ocurren preferentementeen la forma de dos chorros que semueven en dirección opuesta y que sonmuy colimados (o sea, que permanecenmoviéndose en una dirección, comoel agua que sale de una manguera).Los llamados Objetos Herbig-Haro,

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descubiertos en la década de los 50por el estadounidense George Herbigy el mexicano Guillermo Haro y quepermanecieron sin ser entendidospor varias décadas, son una de lasmanifestaciones de estas eyeccionesde gas, que al chocar con nubes queexisten en el espacio, donde se formanlas estrellas, producen calentamientodel gas y emisión de radiación.Estas expulsiones también producenarrastramiento del gas molecular quehay en los alrededores, produciendo losllamados flujos moleculares.

¿Cómo se produce la expulsión de partedel gas? Aún no lo sabemos bien, perose especula que estos discos contienencampos magnéticos que giran junto conel disco y actúan como hondas, comocatapultas que lanzan el gas al exterior.Pero la mayor parte del gas que llega aldisco (se estima que un 90 por ciento)acaba cayendo en la protoestrella,mientras que un porcentaje muchomenor (del orden del 10 por ciento)es expulsado espectacularmente alespacio. Se tiene bastante confianza deque son los discos los que producenlas expulsiones de gas, porque siempreque hay este tipo de expulsiones, elobjeto central cuenta con un disco. Sedice que el disco y el chorro tienen unarelación simbiótica (se benefician eluno del otro). El chorro extrae energía ymomento angular del disco, y el gas enel disco puede continuar su caída haciala estrella gracias a esto.

En el caso de las protoestrellas, eldisco tiene otro papel, que, desde elpunto de vista humano, es sumamenteimportante. Es del material de este discodel cual se forman los planetas y dentrode ellos (al menos en el caso de la Tierra),nosotros.

ELPOLVO CÓSMICO¿Cómo ocurre esto? Con el paso del tiem-po, las expulsiones de gas desaparecen,y el gas en el disco permanece girandoalrededor de la estrella. A estas alturas,la antigua protoestrella ha ganadosuficiente masa para merecer el título deestrella. Junto con el gas en el disco, hayotro componente importante que losastrónomos llamamos "Polvo Cósmico".En el espacio entre las estrellas, que esmuy tenue, este polvo está constituidopor partículas microscópicas, contamaño del orden de 0.1 micrómetros.

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Pero en las grandes densidades quecaracterizan al disco protoplanetario,estas partículas de polvo comienzan achocar entre sí y a "pegarse" las unascon las otras, formando cuerpos cadavez más grandes. De los granos de polvose forman granos mayores. "'Éstos, a suvez, se juntan para formar pedruzcos, yasí sucesivamente, hasta que se formancuerpos de kilómetros (que correspondena los asteroide s y cometas) y finalmentea los mismos planetas.

LA FORMACIÓNESTELAR:UNA INCÓGNITAEs tentador extrapolar y proponerque todas las estrellas, no. sólo las de

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es que la estrella, al crecer, se hace tanluminosa, que su misma luz detiene lacaída de gas adicional y en principio laestrella no debería crecer más allá de 10veces la masa del Sol. Pero sabemos queexisten estrellas tan pesadas como 100veces la masa del Sol. Se ha especuladoque quizá es necesario formar muchasestrellas, cada una con 10 veces la masa

.del Sol, y luego fusionarlas para formaruna gran estrella. Pero la verdad esque este mecanismo se considera muyimprobable. Así que simplemente nosabemos cómo se .forman las estrellasmás grandes del cielo, las luminariasmás espectaculares que alumbran elespacio.

. tipo solar, se forman mediante estemecanismo. Pero la verdad es queno estamos seguros de que éste seael caso, y esta incógnita constituyeuna de las siguientes fronteras en eltema de la formación estelar, a cuyasolución estamos abocados muchosastrónomos y en la que de nuevo losgrupos mexicanos juegan un papelinternacional destacado.

Para formar una estrella que tenga unas100 veces la masa de Sol, necesitamosque el núcleo protoestelar vaya creciendomás y más. Pero el problema que tenemos

Igualmente, tenemos problemas paraentender cómo se forman las estrellasmuy pequeñas, de muy baja masa.Más aun, como parte de los estudiosastronómico s, se ha descubierto queexisten unos cuerpos de masa tan baja,que no podemos llamados estrellas,pero que rebasan con mucho las masasde los planetas, de modo que podemospensar en ellos como unos cuerposque se hallan entre las estrellas ylos planetas. Se trata de las llamadas"Enanas Marrón", que tienen masas entre0.01 y 0.1 veces la masa del Sol. Estoscuerpos no pueden ser considerados

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planetas, porque sí logran encenderprocesos termonucleares en su interior,pero tampoco se les considera estrellas,porque estos procesos duran muypoco (sólo están presentes al principiode la vida de la Enana Marrón) y luegose apagan, dejando a la Enana Marróncomo si fuera un planeta gigantesco, yasin producir energía propia.

1¿Se forman las Enanas Marrón comoestrellas (o sea, como un núcleoprotoestelar) o como planetas (o sea,en un disco alrededor de dicho núcleo)?Tenemos problemas bajo cualquierade las dos suposiciones. Si se formancomo una estrella normal, se sabe que

llevado a avanzar notablemente ennuestro entendimiento de la formacióndel Sol y de todo nuestro Sistema Solar.Ahora queremos entender mejor cómose forman todas las estrellas, ya no sólolas de tipo solar, sino también irnos a losextremos y entender el nacimiento delas pequeñas estrellas y de las grandesestrellas.

¿CÓMO SE FORMARONLAS PRIMERASESTRELLAS?La otra gran frontera en el área dela formación estelar la constituye elentendimiento de cómo se formaron lasprimeras estrellas en el Universo. En elpasado muy remoto, el Universo estaba

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hay en general disponible mucho másmaterial que el que forma a una enanamarrón. ¿Por qué, entonces no siguencreciendo (acumulando masa) hastallegar a ser una estrella normal? Quizáalgo trunca su crecimiento, pero nosabemos a ciencia cierta qué es. Por otrolado, si se forman como planetas, ¿porqué las encontramos también libres enel espacio y no sólo alrededor de unaestrella normal (como ocurre en el casode los planetas)?

El estudio de la formación y evoluciónde las estrellas de tipo solar nos ha

constituido por un gas muy homogéneo,igual en todas partes y sin estructurasevidentes en él. La radiación cósmicade fondo nos trae información de cómoera el Universo a sólo 300 mil años desu origen (recordemos que el Universotiene ahora 14 mil 700 millones de añosde formado, de modo que la radiacióncósmica de fondo nos trae informaciónde hace 14 mil 400 millones de años).

Entonces el Universo era muy uniformey no había estructuras como estrellaso planetas (mucho menos seres vivos).Pero ya estaban presentes en aquel gas

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caliente pequeñas variaciones (del ordende una parte en 100 mil) que luego seamplificarían para formar galaxias y,como parte de ellas, estrellas. Pasadocomo un millón de años del origen,en estas regiones más densas (una deellas sería nuestra propia galaxia, la VíaLáctea) se comenzaron a formar por lacontracción que produce la fuerza deátracción de la gravedad, las primerasestrellas.

Estas estrellas de~ieron ser muydistintas a las que ahpra existen, porquese formaron del gas original que existíaen el Universo, de hidrógeno y helio.Se cree que fueron estrellas con muchamás masa (materia) que. las que seforman ahora. En su interior, los átomosoriginales de hidrógeno y helio sefueron fusionando para formar carbono,nitrógeno, oxígeno, y los otros elementosquímicos que ahora conocemos. .Luego,después de unos cientos de miles de añosde formadas, estas estrellas explotaron,mandando al espacio aquellos elementosquímicos indispensables para la vida. Yaen el espacio, el gas expulsado en estasexplosiones se mezcló con el gas ahíexistente, de modo que las siguientesgeneraciones de estrellas se formaron deun gas "enriquecido", ya con elementosquímicos diversos, superando lamonótona composición química dehidrógeno y helio que caracterizó alUniverso joven.

Pero nadie ha podido comprobarestas hipótesis, porque esta primerageneración de estrellas ocurrió en elpasado muy remoto, que en astronomiaquiere decir muy lejos, porque la luz quenos llega de los cuerpos muy lejanos nostrae información del pasado remoto.Se planean en la actualidad distintasobservaciones que nos permitanentender cómo fueron esas primerasestrellas.

La formación de las estrellas es unode los procesos fundamentales parael astrónomo. Junto con las estrellasse forman los planetas. Durante suslargas vidas producen luz que bañasus alrededores. Finalmente, lasestr~llas, al morir, devuelven al espacioparte de su gas, pero con la composiciónquímica cambiada por los procesostermonucleares que ocurren en el interiorde la estrella. Sin las estrellas, el Universosería mucho menos interesante.

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