Columna de astronomía: Sigamos conociendo las estrellas

La semana pasada tratamos el caso de cómo funciona el Sol, una estrella amarilla y se puede decir “común” (ver https://03442.com.ar/2021/04/columna-semanal-de-astronomia-ciclo-de-vida-de-una-estrella/).

Qué pasa cuando de la nebulosa estelar se crea una estrella que es unas 9 ó 10 veces más grande que nuestro Sol ?.

Es una estrella masiva, y su vida es muy diferente de la tranquila que tiene nuestra estrella y que por ello estamos aquí leyendo ésto.

Bien, veamos: Las estrellas masivas evolucionan mucho más rápido que las estrellas de menor masa, pasando por las etapas que se muestran en la figura siguiente:

Ya que son muy grandes cuando entran en la Secuencia Principal (fusión de Hidrógeno en Helio, son de hecho gigantes o supergigantes azules), cuando la fusión del hidrógeno termina se convierten en gigantes y supergigantes rojas.

Los siguientes pasos son similares a los de las estrellas como el Sol, pero además de conseguir fusionar Carbono, estas estrellas pueden llegar a fusionar elementos más pesados, siendo el último el Hierro. Este es el elemento más estable y no es capaz de reaccionar con otros núcleos atómicos. Pero nuevamente, cuando todas las reacciones nucleares se detengan el núcleo de la estrella comenzará a comprimirse; los átomos de Hierro se juntan tanto que se descomponen en protones, neutrones y electrones. A medida que el núcleo se vuelve más pequeño, los protones y electrones se combinan para formar neutrones, por lo que la estrella se convierte en una estrella de neutrones.

Los astrónomos han descubierto varias nubes de gas brillando en lugares donde se han encontrado supernovas, en las que el gas se ha ido alejando de la parte central a unas velocidades altísimas  (se llaman remanentes de supernovas). La imagen siguiente muestra la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una nebulosa avistada por astrónomos chinos en el año 1054:

El futuro de este núcleo depende de su masa: si es menor que tres masas solares, alcanzará el equilibrio y terminará siendo una estrella de neutrones. Son estrellas increíblemente pequeñas y muy densas (una masa mayor que la del Sol comprimida en un diámetro de unos 10 ó 20 kilómetros). Debido a esto, la fuerza gravitatoria es muy intensa, y gira verdaderamente rápida, llegando a tardar unas horas ó minutos tan sólo en dar una vuelta.

Las estrellas de neutrones tienen también un campo magnético muy intenso, que emite en dos direcciones principales, los polos magnéticos. Cuando el haz de la luz emitida apunta a la tierra podemos observarlos como destellos periódicos, ya que la estrella está girando constantemente.
Esto es lo que los astrónomos llaman púlsar. Por ejemplo, el pulsar de la Nebulosa del Cangrejo
parpadea 30 veces por segundo.

Si la masa de la estrella de neutrones es mayor que tres masa solares, la gravedad ganará la batalla
de una vez por todas: el núcleo colapsará completamente en el centro y toda la masa queda comprimida en un solo punto de densidad infinita, formando un agujero negro.
Cerca de un agujero negro la fuerza es tan intensa que nada puede escapar de él. ¡Ni si quiera la luz es capaz de salir del centro de un agujero negro!

Si los agujeros negros son negros, y no podemos verlos, ¿cómo saben los astrónomos que están ahí?
Bien, un cuerpo necesita moverse rápido para escapar de la fuerza gravitacional de otro; y lo más que se acerque, más rápido deberá de moverse para escapar. La velocidad necesaria para salir del campo gravitatorio de un cuerpo se llama velocidad de escape, y tan solo depende de la masa del cuerpo y de la distancia a la que te encuentres. Cerca de un agujero negro, un cuerpo necesitaría moverse más rápido que la luz para escapar. Pero las leyes conocidas de la Física nos dicen que no es posible: ¡nada puede moverse más rápido que la luz! Y como la velocidad de escape depende de la distancia, habrá algún punto a partir del cual la velocidad de escape coincida con la velocidad de la luz. A partir de esta distancia cualquier objeto puede librarse de caer dentro de él, pero tan solo si se mueve lo suficientemente rápido. ¡Puede incluso haber cuerpos orbitando un agujero negro!

La esfera imaginaria cuyo radio es la distancia en la cual la velocidad de escape se iguala a
la de la luz se denomina horizonte de eventos. Los astrónomos no pueden saber qué hay a
partir de este límite, ya que no sale luz a partir de ellos; pero pueden estudiar qué ocurre en
las inmediaciones del agujero negro.

Aquí vemos la primera imagen de un agujero negro finalizada de procesar el 11 de abril de 2019:

En realidad, es una composición de datos y procesados por computadora.
En el sentido más estricto, el agujero negro sigue oculto: dado que no emite ni refleja luz, su forma no se puede ver directamente. Sin embargo, el gas que se precipita hacia su interior alcanza temperaturas de millones de grados y brilla, es decir, emite fotones que escapan el campo gravitatorio y llegan hasta la Tierra. Esa iluminación de fondo sí es visible y en su centro se aprecia un círculo negro, la silueta que recorta el agujero negro.

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