03/12/2022

El fin del Sol

Las estrellas nacen, viven y mueren. Un poco como los seres vivos, pero muchísimo más lentamente. ¿Cómo lo sabemos, si nuestras observaciones ocurren a una escala temporal tan distinta que las vemos prácticamente invariables? Lo sabemos gracias a que podemos observar grandes cantidades de estrellas en cada etapa de existencia, y porque entendemos la física que las lleva de una a otra. No todas las estrellas viven la misma existencia: el principal determinante es su masa inicial. Las estrellas más pesadas (muy poquitas) viven rápido y terminan explotando como supernovas. Las estrellas medianitas (como el Sol) viven miles de millones de años y terminan formando hermosas y efímeras nebulosas (llamadas "planetarias," aunque no tienen nada que ver con los planetas) a su alrededor. Las más chiquitas (la inmensa mayoría de las estrellas del universo) viven muchísimo más, agotando su combustible de manera lenta y eficiente.


 

¿Cómo fue el Sol en el pasado, y qué le ocurrirá en el futuro? Para saberlo con certeza es necesario identificar estrellas análogas al Sol en distintas etapas de su evolución. La fuente ideal para hacerlo hoy en día es la inmensa población de estrellas relevada por el robot Gaia, que ha escudriñado con inhumanas paciencia y precisión más de mil millones de estrellas. Entre otras cosas, ha medido sus brillos y colores, que además de servirme para calcular el color de la Galaxia sirve para cosas más científicas. Resulta que si uno grafica el color en un eje horizontal y el brillo en un eje vertical, todas las estrellas aparecen agrupadas en una franja diagonal, más una nube por encima y una por debajo. Este diagrama se llama de Hertzsprung-Russell, y su descubrimiento es uno de los hechos centrales de la teoría de la evolución estelar desarrollada a lo largo del siglo XX. Otro día comentaré más sobre él. Hoy me limito a decir que la franja diagonal se llama secuencia principal, y es donde aparecen las estrellas que están fusionando hidrógeno en sus núcleos, como nuestro Sol. 

Gaia ha identificado 5863 estrellas con temperaturas, aceleracíon de la gravedad superficial, composición química, masa y radio similares a los del Sol. Es una cantidad 10 veces mayor que las que se conocían anteriormente. Sus espectros, que delatan la composición química, son parecidísimos. Están todos dentro de la franjita gris en esta figura:

Identificando en el diagrama H-R estrellas con la misma composición pero en distintas etapas de su existencia es posible reconstruir la historia del Sol, desde su origen hace 4570 millones de años hasta su lejano futuro como gigante roja dentro de 7000 millones de años. 

Como podemos ver, el Sol se está calentando (moviéndose hacia la izquierda), y lo seguirá haciendo durante miles de millones de años hasta que agote el hidrógeno en su núcleo y abandone la secuencia principal para convertirse en subgigante y luego en gigante roja, fusionando helio. Mucho antes de que esto ocurra las condiciones en la Tierra serán demasiado hostiles para la vida. Los océanos hervirán y desaparecerán, y finalmente toda la atmósfera se perderá en el espacio interplanetario. Los lejanos descendientes de la humanidad, si es que existen, deberán encontrar una solución a este destino infernal de la Tierra. Por ejemplo ¡moverla! (algo que alguna vez ya comentamos).



El diagrama de la evolución estelar es de Paulailustra (CC BY-SA). Las otras imágenes son de ESA/Gaia.

Gaia collaboration (y una página y media de autores individuales, Gaia Data Release 3: A Golden Sample of Astrophysical Parameters, Astronomy & Astrophysics (2022). Accesible libremente como arXiv:2206.05870v1.

Creevey et al. (sólo media página de autores), Gaia Data Release 3: Astrophysical parameters inference system (Apsis) I - Methods and content overview, Astronomy & Astrophysics (2022). Accesible libremente como arXiv:2206.05864v1.

Hay una nota mucho menos técnica que estos papers en el sitio de Gaia: How Big, Warm, Old, … Are the stars? Gaia’s stellar parameters.

5 comentarios:

  1. David Batista4/12/22 12:29

    Al amanecer el día de hoy, domingo 4 de diciembre, vi mucho más hermoso el sol, el mismo sol que veo tantas veces, tan hermoso. Pero hoy lo vi todavía más bello gracias a tu artículo de ayer. Pero hay más. El día me lo alegraste desde temprano, gracias Guillermo por ello, cuando exploré la liga "alguna vez ya comentamos", donde con un extraordinario sentido del humor, pero tanbién con gran claridad, narras cómo se podría mover la Tierra: un relato fabuloso que, efectivamente, hace volar la imaginación a la altura de los mejores escritos de ciencia ficción. Gracias, muchas gracias, por tus escritos.

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  2. Gracias por tus palabras, David.

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  3. Hola Guillermo: Da un poco de miedo y/o tristeza saber que todo teminará algún día, incluso algo tan bello, imponente y poderoso como nuestro Sol, batería de todo lo viviente en esta tierra y mas allá. El tiempo que ha existido en comparacion con lo que ha existido el universo es considerable, como el 33%, pero en comparacion a cuanto existirán en total el sol y el universo (si no es que para siempre este último) será un respiro ¿Cuanto durará el Sol como gigante roja y lo demás?. Disfrutemos sus ondas electromagnéticas mientras tanto. A manera de Curiosidad ¿Se puede saber y como se calcula, cuantos fotones emite el sol por segundo?, ¿tiene sentido contarlos?. Ah¡ gracias siempre por compartir la ciencia de una forma tan amena. Un saludo desde Managua Nicaragua.

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    1. Hola Jorge. Gracias por tus palabras. La radiación total emitida por el Sol es una magnitud importante, llamada "constante solar". Se la empezó a medir hace 200 años, y es sorprendentemente fácil hacerlo en casa, como conté en El poder del Sol. Me dio 3.12×10^26 W. Se podría convertir esta potencia en cantidad de fotones sin mucho trabajo, ya que el Sol es un cuerpo negro casi perfecto. Pero hagamos una aproximación razonable, ya que la mayor parte es luz visible, usando la energía de un fotón verde de 500 nm, donde está el máximo de emisión: 2.48 eV, que son 3.97×10^-19 J. Dividiendo, nos da unos 7.8×10^44 fotones por segundo. Ponele 10^45 para redondear. Te dejo como tarea googlear por ahí a ver si me dio bien.

      (Para convertir nanómetros a electronvoltios y joules usé Wolframalpha.)

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  4. Hola Guillermo. Como en astronomía, todo está sujeto a nuevos y permanentes descubrimientos, ya que trataste el tema del final del Sol, no puedo dejar de preguntarte sobre los nuevos hallazgos, de antiguas galaxias captadas por el telescopio Hubble, y sobre su eventual extinción. He dado con un video hace un par de semanas, donde refiere los últimos hallazgos de miles de galaxias muertas.
    Se trata en particular de 6 galaxias captadas por el Hubble y el Telescopio Alma de Chile, ayudado por las lentes gravitacionales de los cúmulos masivos de galaxias.
    Según refiere el video, parece que en ellas, como en particular en la MRG - M 1341, se agotó el hidrógeno frío que forma las estrellas y en consecuencia, se detuvo su formación, y se encuentran parcial o totalmente extintas o muertas.
    Como siempre, gracias por tu tiempo y disponibilidad, Guillermo.


    Ref: ¡Miles de Galaxias Muertas están apareciendo en el espacio y los Científicos no saben por qué; en YouTube
    https://youtu.be/5e5jXBuyhjg

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