La edad de las estrellas, enanos degenerados y diamantes



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Imagen de estrellas (NGC 6397) tomada por el telescopio espacial
Imagen de estrellas (NGC 6397) tomada por el telescopio espacial «Hubble».T. MARRONE S. CASERTANO / AFP

Un día el universo dejará de construir estrellas. La materia prima de la que están hechos se agota cuando se crean nuevas estrellas. A medida que la estrella envejece, solo se recicla una parte de su material. En el futuro, las galaxias utilizarán el gas que necesitan para formar estrellas jóvenes. Así surgen las cuentas, ni siquiera el universo tiene recursos ilimitados.

También sabemos que es imposible que las estrellas existan antes del momento en que se formaron los primeros átomos de hidrógeno en el cosmos. Estimamos que las primeras estrellas se formaron entre 200 y 400 millones de años después del Big Bang, pero determinar cuándo el universo vio por primera vez la luz de una estrella es uno de los objetivos del telescopio espacial. James Webb (NASA, ESA y agencia espacial canadiense), que se espera que se lance a fines de 2021.

Se prevé que el número total de estrellas que existen en el universo actual aumente solo en un 5% de su valor actual. Teniendo en cuenta que la luz se produjo después del tiempo de la recombinación (cuando los protones y los electrones se unen para formar hidrógeno) y que sabemos que hay un próximo en el que ya no nacerá, la conclusión es simple: vivimos en una ‘época de las estrellas. ¡Y qué edad tan maravillosa teníamos! Proporcionan energía a la mayoría de los seres vivos aquí en la Tierra y posiblemente a muchos otros lugares del cosmos, y hacen que las galaxias brillen, porque una galaxia solo dura tanto como sus estrellas.

En la era de las estrellas, las nubes de gas frío colapsan para formar estrellas, planetas y enanas marrones. Las estrellas procesan el gas por fusión nuclear, enriqueciéndolo químicamente y de por vida reciclan parte de este material, devolviéndolo al medio interestelar, a veces en forma de vientos ligeros y otras de forma explosiva.

Cuando las estrellas dejen de formarse y la evolución estelar convencional haya cesado, solo quedarán restos, brasas o cenizas estelares: enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.

Pero centrémonos en lo que las estrellas no devuelven. Cuando las estrellas dejen de formarse y la evolución estelar convencional haya cesado, solo quedarán restos, brasas estelares o cenizas: enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. La mayoría de las estrellas existentes son estrellas de baja masa y terminan sus días como enanas blancas. Este será también el destino final del Sol. Por tanto, la mayor parte de la masa del universo quedará en forma de enanas blancas aisladas que serán las protagonistas absolutas del futuro. Ellos, las convencionales estrellas aisladas, las que ahora apenas llaman la atención, las que no se apagan violentamente por las explosiones, ni acaparan la imaginación de películas de ciencia ficción como los agujeros negros. Ellos, las enanas blancas, los «degenerados», tendrán su momento de gloria en el futuro.

Pero, ¿qué es exactamente una enana blanca? Es una estructura que a pesar de haberse quedado sin combustible nuclear es capaz de superar la contracción gravitacional gracias a la física cuántica. Ella es una campeona. Gana la batalla contra la gravedad ejerciendo presión para detener el colapso utilizando sus electrones y la propiedad de la mecánica cuántica que hace que cuando se sometan a altas densidades no puedan tolerar estar en el mismo espacio con la misma ropa que otro (o en otras palabras, que dos electrones no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales), esto es lo que se conoce como degeneración electrónica.

Hay muchas enanas blancas en las cercanías del Sol, pero son muy débiles porque son pequeñas y frías.

Hay muchas enanas blancas en las cercanías del Sol, pero son muy débiles porque son pequeñas y frías. Uno de los primeros en ser descubierto es el compañero de Sirio (la estrella más brillante en el cielo del norte es en realidad un sistema dual). Son una de las estructuras más densas que existen: del tamaño de un planeta como Marte (ahora que está de moda) se concentra la masa de una estrella como el Sol. Y ahora se diría que en una enana blanca hay café La cuchara iría bien para dos elefantes, pero ¿dónde estarán los elefantes en ese momento? Una enana blanca es un material estelar muy fascinante, formado por un sólido de iones de carbono y oxígeno que flotan en un mar de electrones degenerados. Cuando sus núcleos se enfrían, se congelan (y no a 0 grados Celsius como el agua en la Tierra), cristalizando y liberando calor latente tal como estaba. confirmado con GAIA Recientemente. Un diamante es carbono cristalizado, por lo que la estructura de una enana blanca se asemeja a un diamante esférico del tamaño de nuestro planeta flotando en el espacio.

Este es el destino de las más pesadas, aquellas que ahora tienen hasta ocho veces la masa del Sol. Sin embargo, la mayoría de las enanas blancas del futuro son actualmente estrellas M, enanas rojas, aquellas en las que algunas están centradas. para planetas habitables como CARMEN ES. Las enanas rojas son tan pequeñas que apenas han tenido tiempo de sufrir algún tipo de evolución, permanecen como Peter Pan congeladas en la infancia a pesar de que el resto de estrellas ya han pasado por varias generaciones. Sus tiempos son diferentes, van más allá de la edad actual del universo y terminarán como enanas blancas, pero esta vez la estructura que enfriará será de helio en lugar de carbono-oxígeno.

Una gran cantidad de lo que se conoce como materia bariónica (de lo que estamos hechos nosotros y las estrellas) terminará como restos degenerados.

Una gran cantidad de lo que se conoce como materia bariónica (de lo que estamos hechos nosotros y las estrellas) terminará como restos degenerados. Si dejamos que pase suficiente tiempo, las enanas blancas se volverán negras, las galaxias se evaporarán y expulsarán la mayoría de las estrellas, algunas chocarán con los agujeros negros y las de los sistemas binarios, si están lo suficientemente cerca, se fusionarán debido a la emisión de ondas gravitacionales. . Los agujeros negros también se evaporarán debido a la emisión de Radiación de Hawking. Lo que sucede a continuación permanece en la niebla, depende entre otras cosas de la estabilidad del protón. Si el protón es inestable, tendremos enanas negras que emiten una luz de unos 400 vatios durante un período, un poco más de una farola y muy por debajo de los 110 megavatios diarios de las luces navideñas de Vigo. Si el protón es estable, podemos espere que las enanas negras más masivas exploten como supernovas aisladas en un universo oscuro y frío. Y estos sí, quizás, son las últimas luces del universo.

Eva Villaver Es investigadora del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA)

Vacío cósmico Es una sección donde nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente hay quintillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno, lo que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección consta de Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, Profesor asociado de la Universidad Complutense de Madrid (UCM); Y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología

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