¿Cómo llegamos aquí?
¿Cómo surgen las estrellas y los planetas?
¿Qué sucede durante la vida de una estrella y qué destino tendrán sus planetas cuando muera?
Únase a este viaje interestelar a través del tiempo y el trabajo de detective científico.
Ha nacido una estrella
Tiempo: 0 a 100.000 años
Todo comienza con una nube inimaginablemente fría. Esta nube contiene las semillas de mundos completamente nuevos: estrellas y planetas a punto de nacer.
Las moléculas de gas hidrógeno y helio, que normalmente se desplazan a gran velocidad, se ralentizan y se agrupan debido a la gravedad. Pequeños granos de silicatos, hierro y material rico en carbono, clasificados juntos simplemente como "polvo", envían parte de la energía del gas al espacio, lo que hace que la nube sea aún más fría. Los granos de polvo giran en espiral hacia el nudo central de materia, como agua corriendo por un desagüe.
A medida que este bolsillo de la nube se contrae y se espesa, una bola brillante y caliente comienza a formarse en el centro a medida que ingresa más gas y polvo. La gravedad está librando una batalla contra la presión del gas y los campos magnéticos, y la gravedad está ganando.
Mientras la estrella infantil toma forma, el material que gira en espiral hacia adentro se aplana en una estructura similar a un panqueque conocida como disco de acreción.
¿Por qué pasó esto?
Los tirones gravitatorios de los miles de millones de estrellas de la galaxia pueden haber acelerado y sacudido el gas. O tal vez dos nubes chocan entre sí, provocando la fusión de bolsas de gas. Pero a veces, la explosión catastrófica de una estrella masiva impulsa fuertes vientos de material hacia una nube de formación de estrellas, una muerte que resulta en un nuevo nacimiento.
P. ¿Cómo sabemos qué tipo de estrella se formará?
R. Eso depende del material que esté disponible.
Misteriosamente, en nuestra galaxia y probablemente en la mayoría de las demás, el tipo de estrella más probable de formarse es casi demasiado pequeño para sostenerse a sí mismo. Las enanas rojas, que pueden tener entre un treceavo y la mitad de la masa del Sol, representan las tres cuartas partes de las estrellas de la Vía Láctea. Más pequeño que esto, el hidrógeno no puede fusionarse en su núcleo, el proceso dominante que alimenta a la mayoría de las estrellas. Las estrellas enanas rojas se queman tan lentamente que su vida útil será más larga que la del universo actual.
Las estrellas similares al Sol son más raras, aunque todavía representan el 8 por ciento de la galaxia. Las más raras son las estrellas muy masivas, que pueden pesar hasta 150 soles y vivir solo unos pocos millones de años. "Esas estrellas son tan grandes, tan luminosas y de vida tan corta, que los astrónomos están observando estas estrellas en su agonía de expulsión de masa pulsante, mientras que sus hermanos estelares de baja masa todavía están en proceso de formación", dijo Mamajek.
Una estrella joven se llama "protoestrella" hasta que puede alimentarse con reacciones de fusión de hidrógeno, y la alta temperatura es crucial para esa transición. A medida que la materia cae cada vez más rápido, y la bola de gas en el centro se vuelve más pequeña y más compacta, el tira y afloja entre la gravedad y otras presiones calienta a la estrella joven. Incluso cientos de miles de grados no son suficientes. El núcleo de la estrella debe alcanzar unos 10 millones de grados antes de convertirse en una máquina de combustión de hidrógeno. Para ser una estrella auténtica, debe fusionar espontáneamente átomos de hidrógeno para formar helio, liberando enormes cantidades de energía. Esta energía estabiliza el núcleo de la estrella, de modo que deja de contraerse. Todo este proceso puede tardar unos 40 millones de años.
'Lluvia' de estrellas
El mismo proceso puede estar ocurriendo en docenas, cientos o incluso miles de lugares en la misma nube molecular, convirtiéndose en un vivero estelar brillante.
"Es como lluvia en una nube en la Tierra", dijo Eric Mamajek, científico adjunto del Programa de Exploración de Exoplanetas de la NASA. "Si tienes la combinación de condiciones físicas para formar una gota de lluvia, lo más probable es que estés al lado de paquetes de gas que tienen las mismas condiciones adecuadas para producir mucha, mucha, mucha lluvia".
De esta manera, las nubes moleculares son como las nubes de la Tierra y las gotas de lluvia son como las estrellas. El gas de estas nubes puede colapsar y fragmentarse, formando grandes lotes de estrellas bebés. Entonces, las estrellas tienden a formarse en grandes grupos.
De la nube al disco
Tiempo: 100.000 a 1 millón de años
De la nube al disco
La estrella recién nacida es un bebé luchador, que lanza violentos chorros de material acelerado magnéticamente mientras se alimenta del gas y el polvo que giran a su alrededor. Como una gota de masa de pizza que se aplana cuando un chef la hace girar, este material se condensa en un disco plano. Esa "masa" tiene una dirección preferente heredada del colapso de la nube. Ese mismo giro permanecerá con el sistema durante toda su vida, a menos que otro sistema estelar se acerque lo suficiente como para interactuar con él.
Aproximadamente a los 100.000 años, la nube comienza a adelgazarse lo suficiente como para revelar dos estructuras distintas: una estrella recién nacida y un disco difuso y esponjoso de gas y polvo.
P. ¿Cómo sabemos si hay planetas formándose en un disco?
A. Espirales y huecos.
Los científicos que estudian estos sistemas muy jóvenes están buscando características en el disco que indiquen lugares donde se pueden estar formando planetas. Al principio, la gravedad de un planeta bebé deformará el material a su alrededor en forma de espiral. Pero a medida que el planeta crezca, creará un espacio más grande en el disco.
Yasuhiro Hasegawa estudia discos protoplanetarios en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/J. thompson
Yasuhiro Hasegawa, investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ha estado estudiando un ejemplo famoso: HL Tau, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un grupo de radiotelescopios en Chile. Los espacios en este disco, que lo hacen parecer anillos, pueden ser las huellas de los planetas bebés, como lo ha revelado la investigación en los últimos años. “Este descubrimiento fue un gran salto en nuestro campo”, dijo.
Un sistema más misterioso se llama TW Hydrae, la estrella más cercana que conocemos que todavía tiene un disco protoplanetario rico en gas (aunque todavía está a 175 años luz de distancia). ALMA también ha revelado impactantes imágenes de este disco con espacios que sugieren formación planetaria. Sin embargo, las brechas aparecen en lugares muy diferentes según la longitud de onda de la luz utilizada: las ondas de radio detectadas por ALMA cuentan una historia diferente a la luz óptica del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. “La pregunta es, ¿por qué hay diferencias? ¿De qué viene eso? dijo Hannah Jang-Condell de la Universidad de Wyoming. “Es un verdadero rompecabezas”.
El telescopio espacial James Webb de la NASA, planeado para un lanzamiento en 2021, podría enseñarnos mucho más sobre discos como estos al medir la radiación de calor que proviene de ellos en luz infrarroja.
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