Doctor John Peter Phillips
Podría parecer que las estrellas sobre nosotros no cambiaran mucho –que el cielo es esencialmente el mismo, sin ningún cambio, aparte de la presencia de cometas que cruzan velozmente el espacio, y planetas como Marte, Venus y Júpiter, que hacen una danza majestuosa en el firmamento, y que parecen ir hacia adelante y hacia atrás entre las estrellas. El ritmo de estos movimientos fue conocido por nuestros antepasados, y particularmente bien estudiado por los árabes, quienes son los responsables de muchos de los nombres que usamos actualmente para las estrellas –sin dejar de mencionar el nombre de la ciudad en la cual nuestro grupo de astronomía trabaja (Guadalajara).Da la impresión de que algunas estrellas cambian con el tiempo, y que su luminosidad varía de acuerdo a patrones regulares y predecibles. Esto puede ser el resultado de diferentes estrellas en sistemas binarios, que se eclipsan una sobre otra, de lo que resultan variaciones como las observadas en la estrella Algol – nombre que significa “el demonio” o “el espíritu del mal” en árabe.
LUMINOSIDAD Y COLOR VARIABLES
Y, en realidad, esta estrella puede dar la impresión de un ojo demoníaco que salta lentamente sobre nosotros, los mortales. Alternativamente, esas variaciones en las estrellas pueden ocurrir como resultado de pulsaciones regulares en sus dimensiones, lo que conduce a cambios correspondientes a luminosidad y color. Un claro ejemplo de esto es la estrella Mira, cuya variabilidad fue posiblemente detectada por primera vez por los babilonios, árabes y chinos, aunque el nombre con que la conocemos le fue dado por el astrónomo Johannes Hevelius en 1662, y significa “maravilloso” o “asombroso”. Así, es claro que los árabes y otros pueblos antiguos fueron muy cuidadosos en su observación del cielo, mucho más que la persona promedio en nuestro agitado modo de vida. Ellos tuvieron tiempo de recostarse por las noches en los desiertos de Arabia Saudita o el Norte de África, y disfrutar así de un cielo limpio cielos en los cuales los niveles de contaminación prácticamente no existían y los efectos de la luz de la ciudad fueron prácticamente cero. Tales condiciones sólo existen ahora si uno viaja a lugares como el Amazonas, los desiertos de Australia, y algunas regiones con poco desarrollo en África, como Chad o Etiopía.
TELESCOPIOS IMPONENTES
Por otro lado, hoy en día nosotros tenemos ventajas que los antiguos no tuvieron. La tecnología moderna ha permitido el desarrollo de cada vez más grandes y modernos telescopios. Por lo tanto, se espera que para 2017 tengamos un telescopio que tendrá un diámetro de 20 metros, y otros de 40 metros poco después. Éstos son equipados con detectores de tecnología de punta, y mucho más sensitivos que el ojo humano. Adicionalmente, ahora podemos poner en órbita telescopios más pequeños, de modo que las condiciones son aún más prístinas de lo que fueron en el desierto del norte de África, y podemos ver tipos de radiación (rayos X, rayos gamma, radiación infrarroja) lo que era inconcebible hace mil años. Son precisamente éste y otros tipos de telescopios los que nos permiten ahora ver que el Universo es un lugar mucho más violento de lo que nunca imaginamos –un lugar donde las estrellas explotan y mueren, donde las nubes interestelares se colapsan y nacen nuevas estrellas; y donde los materiales producidos en estas estrellas resultan en lo más preciado de todo –la vida aquí en la tierra.
PRINCIPIA LA HISTORIA
Así que comencemos esta historia desde el principio, en la oscuridad del espacio interestelar, e imaginemos que estamos flotando dentro de una nube de gas interestelar de un tamaño inimaginable –alrededor de un millón de veces más grande que nuestro sistema solar. Hasta hace aproximadamente cien años, no estaba muy claro si estábamos viendo hoyos en la cortina de las estrellas, o un objeto negro y grande ubicado entre nosotros y las estrellas. Ahora sabemos que esto último es la explicación correcta. La región se ve oscura por todo el polvo dentro de la nube. En realidad, estas regiones son mucho más polvosas de lo que encontraremos en ningún otro lado en la Tierra, fuera de quizás una tormenta de arena en el desierto del Sahara. Aunque estas nubes pueden ser extremadamente masivas y contienen cien mil veces la masa del Sol, y son densas comparadas con mucho del espacio entre las estrellas, son extremadamente tenues comparadas con cualquier cosa que conozcamos aquí en la Tierra –pueden contener más o menos un millón de átomos en un volumen comparable a una taza de café. Esto parecería mucho, hasta que nos damos cuenta de que una taza similar de aire contiene cerca de diez mil billones de átomos más que éstas. Sin embargo, aunque esto nos parece casi como un vacío total –y en realidad, es extremadamente difícil conseguir un vacío tan bueno en laboratorios aquí en la Tierra– es precisamente en estas regiones en donde sabemos ahora que las estrellas se forman.
FUERZA GRAVITACIONAL
Así que regresemos al punto donde estamos, flotando dentro de una de estas nubes. Quizá bajo las circunstancias correctas, sintamos un ligero tirón en uno de nuestros brazos o piernas. Esta fuerza es muy suave, y pudiera parecer imperceptible inicialmente. Pero señala el hecho de que hay material concentrado en una pequeña región más profunda de la nube, y nos jala gravitacionalmente hacia un lado. Cuando nos movemos, con una creciente velocidad hacia el centro de la región, quizá sintamos que la temperatura y densidad están aumentando –un resultado que no es del todo sorpresivo. Quizás hayas sentido un efecto así aquí en la tierra, cuando estás inflando las llantas de tu bicicleta. La compresión del aire resulta en un aumento en su temperatura, en concordancia con una ley de gas descubierta por primera vez en 1802 por el físico francés Joseph Louis Gay-Lussac.
REACCIONES NUCLEARES
Eventualmente, el material en caída libre se vuelve mucho más denso, y la temperatura aumenta hasta el punto en que las primeras reacciones nucleares ocurren -esas que causan los átomos de deuterio, las cuales son un tipo de átomo de hidrógeno pesado (más precisamente, hidrógeno que tiene un protón y un neutrón en su núcleo) para fusionarse en una forma ligera de helio (un átomo al que le falta un neutrón comparado con la forma más abundante de este elemento). Así, el proceso continúa en una compleja serie de fases, hasta que obtenemos una protoestrella en la cual el núcleo está transformando el hidrógeno a helio y generando grandes cantidades de energía – o, si la estrella es más masiva, es posible que el proceso pueda involucrar carbón, nitrógeno y oxígeno. Ésta es la reacción que causa que estrellas como nuestro Sol brillen, y que tratamos de reproducir aquí en la Tierra, en un intento de obtener energía barata y limpia. Esa fusión ocurre, sin embargo, sólo en las condiciones más inhóspitas, y ha sido frustrante reproducirlas. Ha tomado mucho tiempo desarrollar reactores de fusión, y parece que pasarán 30 años más por lo menos antes que emerja algún beneficio positivo. Es difícil y costoso confinar plasma a 100 millones de grados centígrados, y el próximo experimento multinacional costará cerca de 50 mil millones de pesos. Precisamente son el resultado de estas reacciones las que vemos cada noche cuando mi-ramos el cielo, y vemos las estrellas. Sin embargo como en la mayoría de las cosas, lo que nos parece difícil para nosotros es algo común y corriente en el mundo natural.
NACIMIENTO DE UNA ESTRELLA
Así, una nueva estrella se ha formado, pero ésta es todavía difícil de ver con un telescopio normal –está todavía en-vuelta en las densas nubes interestelares fuera de las cuales se formó, y su luz es fuertemente extinguida por polvo dentro de las nubes. Sin embargo, ahora podemos ver estrellas como ésta gracias a las observaciones en el infrarrojo, un tipo de luz (o más bien calor) que puede penetrar la oscuridad de estas nubes. ¿Y qué vemos?. Es claro por estos y otros resultados, que las estrellas están rodeadas por gruesos discos de material –discos que a través de una larga evolución se convertirán en sistemas planetarios. Estrellas como ésta tienen también delgados chorros o “jets” que emergen desde la estrella central, causado por efectos de campos magnéticos dentro de los discos. Aunque los procesos que crean estos jets todavía no están completamente comprendidos, parece que material del disco puede ser transferido hacia los ejes rotacionales de las estrellas y entonces ser expulsados en chorros altamente colimados. Al mismo tiempo, es muy posible que estos delgados jets estén asociados con chorros de material más anchos y menos colimados, y que éstos resulten en estructuras bipolares que hemos estado observando mediante el Telescopio Espacial Spitzer.
TELESCOPIO ESPACIAL SPITZER
Aprovecho este momento para explicar algo de nuestro trabajo en esta área, describiendo primeramente el Telescopio Espacial Spitzer. Éste es un telescopio en órbita alrededor de la tierra, designado para observar objetos muy fríos –para lo cual necesitamos enfriar el espejo, que está hecho de berilio, a temperaturas de sólo 5.5 grados por encima del cero absoluto (o -268° C). Éste es un gran reto tecnológico, y nos muestra la forma en la cual la Astronomía está evolucionando al frente de las innovaciones tecnológicas. Hemos estado utilizando resultados de este telescopio para observar estrellas que están naciendo, y otras en proceso de muerte. Básicamente hablando, estamos observando el calor emitido por fuentes en el cielo. Parecería que las estructuras de las fuentes tienen una forma bipolar, y en todos los casos, ellas están centradas encima de estrellas frías en el proceso de formación. Estas estrellas eventualmente se calientan, y emiten fuertes vientos estelares, vientos que conducen a dispersar el material del cual se formaron. A los lectores de este artículo quizá les interese saber que las nubes interestelares son removidas también por la presión de radiación de estas estrellas –un concepto con el que la mayoría de nosotros no estamos muy familiarizados. Sin embargo, si tuviéramos manos extremadamente sensibles y delicadas, y las sostuviéramos hacia el Sol, entonces uno podría en principio, detectar la fuerza de la luz del sol empujándolas hacia atrás.
GAS LUMINOSO
Hemos estado estudiando estas regiones de gas luminoso utilizando el Telescopio Espacial Spitzer, y estamos investigando su estructura y evolución, intentando entender cómo las regiones de gas neutro interactúan con el plasma. Eventualmente estas estrellas se liberan de este gas, y se convierten en algo como nuestro Sol, o quizá estrellas más calientes y más masivas, o más frías y menos masivas. Las estrellas se mantendrán así por miles de millones de años en el caso de nuestro Sol, y pocas decenas de millones de años para estrellas mucho más calientes. Esta fase de evolución puede estar ligada a una persona de mediana edad, quien parece conservarse igual y sin cambios por veinte o treinta años. Tarde o temprano, las estrellas entran en su fase de la tercera edad, y el combustible nuclear que es responsable de la luminosidad va a extinguirse. Las primeras en desaparecer son las estrellas más masivas, cuyos núcleos están hechos de carbón, oxígeno, silicón y hierro. Eventualmente la temperatura es tan grande, que los átomos de hierro se desintegran y convierten en protones y neutrones, y ahora comenzará una serie de procesos complejos que ocurren en un corto tiempo. El resultado es que el núcleo de la estrella colapsa y, si es suficientemente masiva, puede convertirse en un hoyo negro. Por contraste, sonidos de ondas internas y fuertes flujos de neutrinos causan que las superficies de estas estrellas sean expulsadas de manera explosiva hacia el espacio. Este suceso es asombroso en realidad. Piense por un momento que aproximadamente 50 millones de billones de neutrinos están pasando a través de su cuerpo cada segundo mientras usted está leyendo esto. Su masa es casi cero, son invisibles y no tienen prácticamente ningún efecto físico. En realidad, casi parece que no existen. ¿Por lo tanto, puede usted imaginar el flujo de partículas que necesitamos para destruir una estrella? El rango total de estos fenómenos asociados con estas explosiones está ahora siendo evidente, e incluyen destellos de rayos gamma y rayos-X que son muy intensos (más luminosos que el Sol), y que duran sólo unos segundos; un fenómeno que sólo ha sido observado recientemente utilizando observatorios en órbita.
DENSIDAD INVEROSÍMIL
En el caso donde las masas nucleares de las estrellas son más bajas, entonces el colapso del núcleo es menos seve-ro, aunque aún suficiente para formar una estrella de neutrones extremadamente densa. Para tener una idea de cuán denso es este material, imagine una persona hecha de ese material aquí en la Tierra. Él o ella pesarían 40 billones de toneladas y se hundirían hacia el centro del planeta. Cuando una supernova explota, también causa problemas en su alrededor. Si estas capas golpean nubes de gas interestelar cercanas, entonces las nubes podrían ser trituradas y destruidas si están muy cerca, o pueden chocar fuertemente con las nubes si están un poco más lejos. Este choque puede comprimir la nube, y causar la formación de nuevas estrellas. En realidad, los acontecimientos son muy similares. En este caso, la estrella brillante en el borde fue formada hace menos de 10,000 años como resultado del impacto de la supernova.
NEBULOSA PLANETARIA
Estrellas menos masivas sufren de diferentes trayectorias evolutivas, en las que la estrella se expande para convertirse en una gigante roja, se contrae y se expande nuevamente hasta que se forma entonces una nebulosa planetaria. El proceso por el cual se forman las nebulosas planetarias está otra vez muy lejos de entenderse, aunque las estrellas eventualmente expulsan la mayor parte de su masa para formar preciosas burbujas de gas – dejando atrás el núcleo caliente de las estrellas en los centros. Conviene enfatizar que aunque las estructuras más circulares son razonablemente fáciles de entender, aquéllas en las cuales el material es expulsado en dos direcciones directamente opuestas (las llamadas “nebulosas bipolares”) pueden deberse a diferentes mecanismos e involucran la presencia de estrellas binarias y/o campos magnéticos. Estas nebulosas planetarias son una de las áreas más importantes de estudio en nuestro grupo, y estamos investigando su estructura, sus propiedades físicas (temperaturas y densidades), y cómo fueron formadas. Muchos de estos procesos tienen relevancia directa con nuestra existencia aquí en la Tierra. Existe evidencia (de materiales radioactivos) de que nuestro Sol quizá se haya formado como resultado de un golpe de una capa de una Supernova sobre una nube interestelar. Similarmente, los elementos formados en una estrella, y que son expulsados por nebulosas planetarias y supernovas, son importantes para la formación de planetas, y para la presencia de vida en la Tierra. Todos es-tamos, literalmente hablando, hechos de material proveniente del núcleo de las estrellas. Entonces es claro, por este breve estudio, que el cielo alrededor de la Tierra está en confusión. Así que yo les pediría que imaginen, cuando miren hacia el cielo, que el tiempo fuera acelerado, y tuvieran una visión súper aguda – ojos como telescopios !; verían entonces estrellas que explotan y expulsan hermosas burbujas multicolores, con temperaturas excesivas de millones de grados centígrados. Éstas chocarían con nubes frías de gas interestelar, causarían la creación de nuevas estrellas, y la formación de nuevas nubes de gas caliente y brillante. Este torbellino de evolución ha estado ocurriendo por miles de millones de años, y continuará hasta que el Universo envejezca y la Tierra y estrellas se congelen. Así que no, las estrellas no están sin cambios como parece durante nuestra breve vida aquí en la Tierra. Nosotros somos parte de este gran ciclo galáctico de vida, el cual está sólo ahora comenzando a ser más aparente.
