Vivitas y Coleando

24/09/2017 33 comentarios
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Existe un romántico mito en astronomía que afirma que las estrellas que vemos en el cielo podrían haber muerto ya. Lo he leído en texto académicos, escuchado en programas de radio y respetables documentales y no falta a veces en discursos motivacionales. Lamentable o afortunadamente es falso. Aquí les argumento por qué.

La estrella nu Cep (nu Cefei) es posiblemente la estrella más lejana visible a simple vista. Su distancia es de 6750 años-luz y su magnitud aparente es de +4.83. Como todas las estrellas a simple vista nu Cep está también vivita y coleando. Crédito: VizieR/Aladin

Estaba por estos días en medio de mi clase de Astronomía para Todos, una cátedra que ofrezco en la Universidad de Antioquia (Medellín - Colombia) dirigida a estudiantes de todos los programas académicos de la Universidad, cuando la infaltable pregunta surgió entre los estudiantes:

"¡Profe! ¿es cierto que algunas de las estrellas que vemos en el cielo podrían haber muerto ya?"



Agradecí para mis adentros que el estudiante hiciera el comentario como una pregunta, en lugar de una afirmación romántica que buscaba complementar mi lección. Mi respuesta categórica fue un rotundo "NO".

La cara de sorpresa entre algunos de los asistentes fue evidente. Para algunos de ellos posiblemente estaba aniquilando uno de los mitos más románticos de la astronomía; para otros, se trataba simplemente de uno más entre los muchos errores que los profesores cometemos en nuestro titánico esfuerzo por motivarlos a estudiar y aprender una nueva disciplina.

Al final de la clase una estudiante se acerco con afán para mostrarme su teléfono móvil. En la pantalla puso a rodar un aparte de uno de los episodiso de la serie Cosmos en los que se mostraba una hipotética conversación (representada bellamente con dibujos animados al mejor estilo de la segunda temporada de esta fantástica serie) y en la que un envejecido William Herschel (el mítico astrónomo-músico de los 1700 que descubrió a Urano) le explicaba a su hijo este supuesto hecho fascinante sobre el cielo.

"¡Profe! ¿usted confía plenamente en la serie Cosmos?" me dijo antes de mostrarme el vídeo. "¡Sí", le respondí casi sin dudar. Al final, y un poco avergonzado por mi confianza ciega, tuve que admitir que incluso a los creadores de Cosmos se les había ido la mano en lo románticos.

Este es el fragmento del episodio 4 de la serie Cosmos donde se afirma sin mucha vergüenza que podríamos estar viendo "fantasmas" de estrellas en el cielo. Crédito: PBS/Cosmos.  

Déjenme dejarlo bien claro, así me meta en un problema contradiciendo la admirada serie Cosmos: ninguna de las estrellas que vemos en el cielo ha muerto todavía o lo va a hacer en las próximas semanas e incluso en el milenio venidero.

Antes de que me "descuarticen virtualmente" en los comentarios, déjenme explicarles aquí por qué afirmo esto con tanta seguridad.

Cuestión de distancias

Para comenzar pongamos algunos números a la frase "las estrellas que vemos en el cielo".

Creo que para nadie es ya un secreto que las estrellas que alcanzamos a percibir en el cielo (las que logramos individualizar), son una miserable fracción de la totalidad de las estrellas que pueblan la Vía Láctea.

Por muchas que parezcan (le he preguntado a muchos cuántas creen que son y no son pocos los que las estiman en millones), el número total de estrellas visibles a simple vista (en el lugar más oscuro de la Tierra) es exactamente 9096 estrellas. Ni una mas, ni una menos.

Es cierto que podemos ver muchas más estrellas amalgamadas en el brillo lechoso de la Vía Láctea o el manchón dificilmente reconocible por la mayoría, de las Nubes de Magallanes o la Galaxia de Andrómeda, pero en todos estos casos para el ojo es imposible individualizar una estrella.

De las estrellas que podemos individualizar en el cielo, el 98 % están localizadas a una distancia menor a 3500 años-luz (véase la figura abajo). Aunque es difícil decirlo a ciencia cierta, la estrella más lejana visible a simple vista es nu Cep ("nu Cefei"), una supergigante blanca localizada en la constelación del Cefeo y que se encuentra a la medio bicoca de 6750 años-luz de distancia.  

Número de estrellas visibles a simple vista en el cielo (magnitud límite +6,5) como función de la distancia. La mayoría de las estrellas se encuentran a una distancia de tan solo unos centenares de años-luz del sistema solar

Fracción del número de estrellas visibles a simple vista (magnitud límite +6,5) que están a una distancia del sistema solar menor que un determinado valor d. El 95 % de estas estrellas están a menos de 3000 años-luz del sistema solar. Para que alguna de ellas hubiera muerto en el tiempo que le tomó la luz en llegar hasta nosotros, le deberían faltar menos de 3000 años para morir.

Es cierto que otros objetos estelares más exóticos (sistemas binarios masivos como eta Carinae, novas y supernovas), todos ellos situados a distancias mucho mayores, podrían verse a simple vista, esos objetos o bien son muy raros o en ellos no se puede individualizar una solo estrella.

Es cierto entonces que la Astronomía nos permite viajar hacia atrás en el tiempo, pero por lo menos en el caso de las estrellas visibles a simple vista, lo máximo que podemos ir atrás es entre 3500 años y en el mejor de los casos 6800 años.

Las estrellas son muy longevas

Si bien el resultado anterior parecería confirmar el mito romántico de que vemos a las estrellas como eran hace mucho tiempo y posiblemente algunas de ellas ya habrían muerto (¿estará viva por ejemplo nu Cep? se preguntará el más romántico), un dato más nos falta para darle feliz sepultura a este mito.

7000 años pueden sonar mucho tiempo para un ser humano, incluso para una gran civilización, pero representan tan solo un abrir y cerrar de ojos para una estrella.

La vida de una estrella se puede dividir a grandes rasgos en tres etapas principales:

  1. La fase de presecuencia principal. En esta etapa la estrella recien nacida se acomoda gravitacionalmente después de una turbulenta formación. Esta etapa es relativamente rápida y toma entre un par de miles de años, para estrellas masivas como nu Cep, hasta un centenar de millones de años en el caso de estrellas livianas como Proxima Centauri (la estrella más cercana al sistema solar).

  2. La fase de secuencia principal. Esta es la etapa más prolongada en la vida de una estrella. Está definida como el período de tiempo durante el cual la estrella obtiene su energía únicamente de la fusión del hidrógeno. Esta fase tiene una duración que oscila entre 1 millón de años para estrellas supermasivas hasta 3 billones de años (3 millones de millones de años) en el caso de estrellas muy livianas.

  3. La fase de postsecuencia principal. Una vez el hidrógeno se ha agotado en el centro de la estrella, se sobreviene una crisis energética que produce cambios significativos en su estructura y apariencia. Los astrofísicos dicen que las estrellas abandonan la secuencia principal y comienzan a morir. La duración de esta última fase de la vida de la estrella puede oscilar entre muchos miles de millones de años (en el caso del Sol tomará aproximadamente 5000 millones de años y comenzará en unos 2500 millones de años en el futuro) y unos 50.000 años en el caso de las estrellas más masivas que vemos en el cielo. Esta fase de su vida termina cuando las estrellas expulsan su envoltura (de forma violenta o tranquila), dejando al descubierto un minúsculo e invisible centro denso (con un tamaño de entre una ciudad grande y un planeta rocoso). En este punto es que decimos que la estrella ha muerto oficialmente.

Tiempo de vida de las estrellas como función de su masa.  Crédito: Martin Silvertant

¿Qué podemos aprender de estos números? Espero que para todos sea ahora claro que 3500 o 7000 años son muy poco tiempo, incluso para las etapas más cortas de la vida de las estrellas.

Pero ¿podríamos ser tan afortunados de "pescar" una estrella que esté a menos de 3000 o 7000 años de morir?

La lotería estelar

El tiempo que le toma morir a una estrella se reduce considerablemente al aumentar su masa. Así por ejemplo, una estrella como Betelgeuse (la más brillante de la constelación de Orión) y que se estima tiene unas 20 veces la masa del Sol, las etapas finales de su vida (desde el fin de la fusión del hidrógeno hasta explotar como una supernova) duran alrededor de 130.000 años.

Observando su rotación y la cantidad de masa que está perdiendo actualmente, los astrofísicos han estimado que a Betelgeuse le faltan poco menos de 100.000 años para estallar como una supernova. De hacerlo se convertiría en el objeto más brillante del cielo después del Sol.

Pero Betelgeuse se encuentra apenas a 650 años-luz del sistema solar y por lo tanto la imagen que percibimos de ella está atrasada poco menos de un 1 % del tiempo que le resta para morir.

De modo que podemos tranquilizarnos; Betelgeuse todavía esta vivita y coleando.

La gigante de Orión, sin embargo, no es la estrella más masiva visible a simple vista. Este honor le pertenece a la menos popular Z1 Sco (zeta1 scorpii), una hipergigante azul en la constelación del Escorpión que tiene una masa cifrada en unas 60 veces la masa del Sol lo que la convierte en una de las estrellas más masivas de la Galaxia.  

La estrella Z1 Sco (zeta1 scorpii) es una de las estrella más masivas de la Galaxia y es visible a simple vista. Si una estrella podría haber muerto ya, mientras la observamos, podría ser esta. Pero no, a Z1 Sco que está a un par de miles de años luz, le quedan todavía posiblemente 30.000 años de vida. Crédito: Aladin/VizieR

A diferencia de Betelgeuse, Z1 Sco tiene una temperatura superficial que la sitúa todavía en la fase de secuencia principal o a lo sumo saliendo de ella. Esto implica que si mañana Z1 Sco empezara a fusionar el helio (la segunda fuente de energía nuclear que usan las estrellas después de agotar el hidrógeno), su vida terminaría en unos 30.000 años. Este tiempo es sin embargo casi 5 veces mayor que su distancia al sistema solar (unos 6000 años-luz).

De modo que ni siquiera una de las estrellas más masivas del cielo morirá en los próximos 7000 años.

Pero ¿podríamos ser tan suertudos de estar presenciando justo ahora los últimos miles de años de la vida de una estrella masiva e incluso una bastante normal, sin habernos percatado hasta ahora?

No es imposible pero créanme, lo habríamos notado.

Durante los últimos estertores de muerte y en las etapas anteriores a la desintegración o la explosión de supernova, las estrellas expulsan enormes cantidades de masa al espacio. Las estrellas en esta fase de su vida se conocen como objetos Wolf-Rayet.

Imagen del telescopio espacial Hubble de la nebulosa M1-67 alrededor de la estrella Wolf-Rayet WR124. La nebulosa está formada por la masa expulsada por la estrella en las últimas fases de su vida. WR124 afortunadamente está a más de 15.000 años-luz del sistema solar y no es visible a simple vista. Crédito: ESA/Hubble

¿Podría haber algún objeto Wolf-Rayet visible a simple vista?

Pues sí. La estrella Gamma Velorum, la cuarta más brillante de la constelación de la Vela, es en realidad un sistema de cuatro estrellas, una de las cuales es un objeto Wolf-Rayet. Se estima que cuando esta estrella nació tenía alrededor de 35 masas solares. Hoy tiene apenas 9 masas solares. La estrella está perdiendo en la actualidad su envoltura a un ritmo de 10 masas terrestres por año (10 veces más de lo que pierde Betelgeuse en el mismo tiempo) y se sabe que explotará como una supernova en un tiempo no superior a unas decenas de miles de años.

Pero incluso la estrella más fragil visible a simple vista se encuentra a una distancia más de diez veces menor que el tiempo que le falta para morir.

Gamma Velorum se está desintegrando delante de nuestros ojos, pero como pasa con nu Cep, Betelgeuse y Z1 Sco, incluso este proyecto de supernova, esta vivito y coleando.

Para saber más: