Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las estrellas

He aquí una nueva entrega de Doce cosas, que viene a acompañar a las Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Big Bang, las Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Sol y las Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las constelaciones. Va a haber algunas parecidas al Sol, porque el Sol es una estrella, pero igual sirven para repasar.

1. A simple vista se pueden ver unas 10 mil estrellas, pero no todas a la vez ni desde cualquier lugar de la Tierra.  La cantidad que se pueden ver desde cada punto del planeta depende de la latitud. Desde cada polo se pueden ver la mitad de las 10 mil, cualquier noche del año. Desde el ecuador se pueden ver todas las 10 mil, pero naturalmente no a la vez (porque sólo la mitad del cielo está sobre el horizonte), sino gradualmente a lo largo del año. Desde Bariloche, a 41 grados de latitud, se pueden ver el 87% de las estrellas del cielo (a lo largo del año). Al transcurrir la noche la Tierra gira, cambia la vista, y durante una larga noche de invierno, desde Bariloche, se alcanzan a ver una buena parte de todas las que están a nuestro alcance. En una noche de verano, mucho más corta, se pueden ver bastante menos. Por supuesto, las estrellas no están distribuidas uniformemente, así que el cálculo es aproximado. Además, desde las ciudades se ven bastante menos estrellas que desde el campo (o durante un corte de luz). Desde una ciudad mediana, el 10000 se reduce a unas 500 apenas. Desde el centro de una gran ciudad, a 100 o menos.

2. Las estrellas brillan porque están calientes, tal como los carbones del asado o los alambres del tostador eléctrico. El calor del Sol lo sentimos en el rostro los días de verano, y en cambio a las estrellas no las sentimos calientes. Pero eso es sólo porque están muy lejos. En sus colores, y no en la intensidad de su luz, está codificada su temperatura: desde un par de miles hasta decenas de miles de grados.  

3. Las estrellas no son eternas. La fuente de su calor es la radiación que surge de sus centros, como resultado de reacciones nucleares que convierten elementos livianos en otros más pesados. Esos "combustibles" nucleares duran un tiempo y se agotan, así que necesariamente las estrellas mueren, o se extinguen. Algunas lo hacen de manera tranquila (como ocurrirá con el Sol), otras de manera violenta. 

4. Las estrellas más grandes y pesadas tienen centros muy calientes, por lo cual las reacciones nucleares ocurren más rápido. Así que, aunque tienen mayor cantidad de combustible nuclear, lo agotan más rapidamente y sus vidas son más cortas que las de las estrellas más livianas. Una estrella como Alnilam (la del medio de las Tres Marías), que pesa casi 30 veces más que el Sol, vive unos 6 millones de años. El Sol, en cambio, vivirá 10 mil millones de años, más de 1500 veces más.

5. Las estrellas más livianas, en cambio, queman su combustible nuclear a un ritmo tan tranquilo que viven incluso más que el Sol. Algunas de ellas son tan antiguas como la Vía Láctea, y andá a saber cuánta cuerda les queda todavía. Se conoce una que tiene 13500 millones de años, una estrellita de morondanga de 14% de la masa solar; su hidrógeno le va a durar un millón de millones de años, quizás más. A pesar de ser tan vieja, es todavía un bebé.

6. La inmensa mayoría de las estrellas son más pequeñas y más livianas que el Sol. El Sol no es una "estrella típica", como se dice a veces. El 95% de las estrellas de la galaxia son más pequeñas que el Sol.

7. Durante la abrumadora mayoría de sus vidas, las estrellas convierten hidrógeno en helio. Pero incluso la enorme temperatura en sus centros es insuficiente para producir la reacción de fusión de dos núcleos de hidrógeno. Como son dos cargas positivas, se repelen, y la temperatura no les da suficiente energía para acercarse lo necesario para que actúen las fuerzas nucleares. La reacción se produce por "efecto túnel", que es un fenómeno cuántico que permite penetrar una barrera repulsiva incluso sin tener la energía suficiente. Es como atravesar una pared sin romperla, o pasar a través de la gente como el fantasma de Canterville. Este descubrimiento crucial lo realizó George Gamow en 1928. Esa noche salió con su novia. Sentados en el banco de una plaza pensaba cómo contárselo. Entonces la novia dijo algo así: “¡Ay, George, mirá qué lindo cómo brillan las estrellas!”. Gamow vio la oportunidad y replicó: “Sí, y esta noche, en todo el mundo, ¡yo soy el único que sabe cómo brillan! ¿Te cuento?” Se casaron y fueron felices, y se escaparon de la Unión Soviética (tras dos intentos frustrados ¡en kayak!). La próxima vez que sientas el calorcito del Sol en la piel, pensá que se lo debés a un fantasma cuántico.

8. La fusión de cuatro núcleos de hidrógeno produce un núcleo de helio (de una manera complicada, ya que son varias reacciones encadenadas), pero además produce radiación electromagnética y neutrinos. La radiación es un fotón muy energético (un rayo gamma), al cual le cuesta cientos de miles de años salir del centro de la estrella, luchando contra la materia estelar que lo desvía incesablemente, lo absorbe y lo reemite. En cada una de esas interacciones va calentando de a poquito su estrella, y lo que vemos es la luz con la que brilla la capa más superficial. Los neutrinos, en cambio, salen del centro en un santiamén, no los frena nada, y empiezan su viaje interestelar hasta que unos muy poquititos pueden ser detectados en la Tierra. Son la única fuente de información directa que tenemos de lo que ocurre en los núcleos de las estrellas.

9. Estas reacciones nucleares sólo agregan helio a la composición primordial que viene del Big Bang (esencialmente 75% hidrógeno, 25% helio). La fusión de un helio con un hidrógeno daría un elemento de masa 5, y la de dos helios, daría uno de masa 8. Pero no existe ningún elemento estable con esas masas atómicas. La existencia de todo el resto de los elementos más pesados recae en una reacción nuclear extremadamente improbable: la fusión de tres helios, dando carbono-12. Es tan improbable que esto ocurra que, cuando fue originalmente propuesta de manera teórica, se dejó en claro que necesitaba un efecto amplificador desconocido en el momento, llamado "resonancia". Una vez propuesta, fueron a medirla en experimentos de física nuclear, y allí estaba la resonancia. Como efecto secundario, el carbono se puede fusionar con otro helio, dando el oxígeno. Así que toda la biología (y la tecnología y la economía), tan arraigadas en la química del carbono y del oxígeno, deben su existencia a esa resonancia. Sin ella, el universo sería aburridísimo, lleno de estrellas de hidrógeno y helio, y planetas gaseosos sin vida. Esa reacción se llama triple alfa, que a los argentinos inmediatamente nos hace pensar en otra cosa (que, obviamente, no sería posible sin ella).

10.  Todas las estrellas pierden una parte significativa de su masa al envejecer. Las más livianas (hasta un par de masas solares) lo hacen suavemente, en forma de nebulosa planetaria. Las más pesadas pierden masa en forma de fuertes vientos estelares, y finalmente de manera explosiva, como supernovas. Tanto unas como otras dejan tras de sí residuos estelares, que se conocen informalmente como estrellas enanas blancas y estrellas de neutrones. Estrictamente, estos residuos no son estrellas, ya que no se mantienen infladas por las reacciones nucleares. Brillan porque están calientes, y se van enfriando muy lentamente. Sólo las (poquísimas) estrellas súper-pesadas, cuando explotan, producen un agujero negro, que ni siquiera es materia, sino pura geometría.

11. Casi todas las estrellas tienen planetas a su alrededor, así que hay más planetas que estrellas en la Vía Láctea. Sabemos también que alrededor del 20% de todas las estrellas similares al Sol (o sea, las tipo G y K, descartando las inmensas y las pequeñitas), tienen al menos un planeta similar a la Tierra (rocoso) en su zona de habitabilidad (donde podrían tener agua líquida en la superficie). Esto daría, en toda la Vía Láctea, miles de millones de planetas potencialmente habitables por una biología como la terrestre (ya sea puros microbios, o hasta seres pensantes). Sólo tenemos evidencia de uno solo, pero creemos que hay más, y por eso seguimos buscándolos.

12. Hemos mencionado que las estrellas mueren, pero también que nacen. Las estrellas nacen de la materia que llena el espacio interestelar, que no está vacío. Al final de sus vidas devuelven buena parte de su materia, reciclada, al medio interestelar, desde donde pasará a formar parte de nuevas generaciones de estrellas. Hay un reciclado permanente de materia en la galaxia, del cual nosotros mismos formamos parte. No sólo somos descendientes de estrellas de generaciones anteriores al Sol, sino que somos antepasados de estrellas (y planetas, lunas, ¿gentes?) de un futuro lejano.

Para referencia, aquí están las entregas de Doce cosas:

• Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Big Bang
• Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Sol
• Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las constelaciones
• Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las estrellas 

 

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La ilustración del Sol junto a la enana roja Trappist-1 es de ESO. 

La imagen de Gamow y el efecto túnel la tomé de Muy Interesante, de una nota que trata precisamente sobre esto. 

La ilustración de 800 exoplanetas terrestres conocidos es de Martin Vargic. 

La imagen de la Nebulosa de Carina que reciclé para ilustrar el reciclado, es de NASA/ESA/JWST. 

El link del Fantasma de Canterville lleva a la versión grabada en vivo en Adiós Sui Generis. El sonido es bastante malo, pero vale la pena para escuchar la hermosa voz que tenía Charly cuando era joven. La versión de estudio es la de PorSuiGieco, y el sonido es buenísimo. Pero canta Gieco, no Charly.