Estrellas gigantes

Hace poco mostré la relación entre la luminosidad y el color de las estrellas, que descubrieron hace algo más de 100 años Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russell, y que hoy conocemos como diagrama HR. El diagrama HR original tenía un puñado de estrellas, pero hoy en día podemos poner miles o millones. Les muestro uno que hice con todas las estrellas del satélite Hipparcos:

Lo más notable de este diagrama es que muestra que la luminosidad y el color no son magnitudes independientes: están relacionadas. El 90% de las estrellas aparecen organizadas en una franja diagonal, que hoy llamamos secuencia principal. Esta secuencia corre desde el extremo superior izquierdo, donde están las estrellas más luminosas y azules, hasta abajo a la derecha, donde están las menos luminosas, que son más rojas. Esto se debe a la ley de Planck, que expresa la energía radiada por un objeto caliente para cada longitud de onda. En un gráfico, la ley de Planck se ve así (para tres temperaturas típicamente estelares):

Vemos aquí dos cosas importantes: que los cuerpos más calientes radian mucha más energía (la curva más alta es la de 8000 K), y que la mayor parte de esta radiación está concentrada alrededor de cierta longitud de onda, que es más corta (más azul) si el objeto es más caliente. Así que las estrellas más azules son las más calientes y más luminosas, y las más fresquitas y rojas radian menos. Todo muy sensato.

Pero además de la secuencia principal, hay una minoría de estrellas en una rama más horizontal, arriba a la derecha. Son estrellas más bien rojas (o sea, no muy calientes), pero tan luminosas como las más azules. ¿Cómo es posible esto? Hay un detalle en la ley de Planck que permite entenderlo: el eje vertical del gráfico muestra la energía radiada por unidad de superficie del cuerpo caliente (en las unidades dice por metro cuadrado). Así que hay una manera para que una estrella menos caliente radie tanto como una más caliente: ¡con más metros cuadrados! Para estar en la posición en que están en el diagrama HR, deberían ser estrellas gigantes, mucho mayores que las de la secuencia principal del mismo color. Hertzsprung las bautizó, naturalmente, gigantes rojas. Si se fijan en el eje vertical, la diferencia entre las gigantes y la secuencia principal es de por lo menos 5 magnitudes. Los aficionados saben que 5 magnitudes corresponden a un factor 100 de diferencia de luminosidad. Así que las gigantes deben tener por lo menos 100 veces más superficie. Como la superficie de una esfera crece con el cuadrado del radio, esas gigantes deben ser al menos 10 veces más grandes que el Sol. Eso por lo menos: 10 magnitudes corresponden a un factor 100 veces más grandes, y las más rojas pueden ser hasta cientos de veces más grandes (y en algunos casos son tan inmensas que se pueden medir, a pesar de la distancia).

Hertzsprung también bautizó a las estrellas de la secuencia principal como enanas. Es un nombre que hoy en día ha caído en desuso mayormente para evitar confusión, ya que las del extremo izquierdo serían "enanas azules" a pesar de ser también muy grandes. El nombre persiste para las más rojas, que se siguen llamando "enanas rojas". Proxima, por ejemplo, de la que hemos hablado recientemente, es una enana roja. Pero para evitar la confusión con otros tipos estelares, lo mejor es llamarlas "estrellas de la secuencia principal". En términos más técnicos, son las que corresponden a la clase de luminosidad V (cinco, en cardinales romanos).

Poco años después, al desarrollar la teoría que explica cómo y por qué brillan las estrellas, los astrónomos comprendieron que la secuencia principal está tan poblada porque allí las estrellas pasan la mayor parte de sus vidas. Las gigantes rojas (y las supergigantes, aún más grandes) son una etapa final y más breve, como ya hemos contado. Volveremos sobre esto otro día. 

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La unidad de temperatura en el gráfico de la ley de Planck es el kelvin. No "grado kelvin", simplemente kelvin. Es la unidad de temperatura del Sistema Internacional de Unidades. El tamaño de un kelvin es igual al de un grado Celsius, así que es fácil imaginárselos. El cero de la escala está -273°C, así que en miles de grados, son casi lo mismo.

En el diagrama HR, la estrellita amarilla marca el Sol, que no está en el catálogo Hipparcos, pero la agregué para mostrar su posición. En el eje horizontal está graficado el índice de color B-V, que ya comenté varias veces, por ejemplo en esta nota sobre una estrella súper roja.