¿Cómo nace una estrella? Un viaje cósmico desde la nebulosa hasta la luz
Una estrella es, en términos físicos, una gigantesca esfera de gas caliente que brilla por sí misma gracias a la fusión nuclear que ocurre en su interior. Pero reducirla solo a eso sería quedarse muy corto. Porque las estrellas son, desde hace miles de años, mucho más que puntos luminosos: han sido brújulas, símbolos, dioses, destinos.
A diferencia de lo que podría parecer, las estrellas no viven para siempre. Nacen, evolucionan y mueren. Algunas con explosiones espectaculares, otras en silencio. Las estrellas marcan el ritmo del tiempo cósmico. Nos ayudan a entender la historia del universo, pero también nos recuerdan que somos parte de él.
El inicio: Nebulosas y protoestrellas
Todo comienza en una nebulosa, donde el gas y el polvo colapsan por su propio peso. Si se dan las condiciones, aparece una protoestrella. Las estrellas nacen por azar. Se juntan fragmentos de materia de las nubes frías de gas y polvo que flotan en el espacio, las llamadas nebulosas.
Estas partículas se van agregando por atracción gravitatoria hasta formar una gran masa. Este conglomerado, por efecto de la gravedad, se contrae sobre sí mismo y como consecuencia aumenta en su centro, la densidad, presión y calor. De esta manera, los átomos se mueven cada vez más rápido y chocan unos con otros. En esas condiciones, pronto se inician reacciones de fusión nuclear. Cuando comienzan ha nacido la estrella.
Las agrupaciones de masa que no logran iniciar las reacciones nucleares, es decir, las estrellas frustradas, se denominan enanas marrones. Las que sí lo logran continúan un arduo camino cósmico.
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Las reacciones nucleares liberan presión del centro de la estrella, contrarrestan el efecto de la gravedad, lo que evita que la estrella colapse sobre sí misma. La estrella vivirá gracias a ese tenso equilibrio entre gravedad y reacciones nucleares. Morirá cuando la gravedad gane la batalla, algo que sucederá sin excepción.
El papel de la gravedad y la fusión nuclear
«Las estrellas están formadas de gas y polvo», le dijo a Broadly la Dra. en Astronomía Carol Christian. Este gas y polvo, con la ayuda de la gravedad, comienzan a comprimirse hasta que la temperatura en el centro es extremadamente caliente, alrededor de 10 millones de grados Kelvin.
Clasificación y diversidad estelar
A pesar de su aparente diversidad, los astrónomos encontraron la forma de clasificar las estrellas. Lo hicieron observando su espectro -la luz que emiten-. De ahí nació la clasificación por tipos: O, B, A, F, G, K y M. Las O son extremadamente calientes, azuladas y masivas. Las M, en el otro extremo, son pequeñas, frías y longevas.
Eso no quita que haya excepciones, porque las hay. Estrellas dobles, triples, variables, pulsantes, de carbono, hipergigantes… A veces, incluso una estrella puede «robar» materia a otra.
El Sol está justo en el medio: es una estrella tipo G2V. El Sol, por ejemplo, está ahora en la etapa que se conoce como secuencia principal. Quema hidrógeno de forma estable y tranquila. Pero no siempre será así. Dentro de unos 5.000 millones de años -más o menos- se expandirá, se convertirá en una gigante roja y, finalmente, en una enana blanca. Nada dramático.
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Otras estrellas, más grandes, terminan en supernovas. Y lo que queda después… puede ser una estrella de neutrones o incluso un agujero negro.
Eventos cósmicos y el nacimiento de nuevas estrellas
Unos 500 años atrás, un par de protoestrellas muy jóvenes para saber lo que hacían, tuvieron un encuentro demasiado cercano. Las consecuencias fueron explosivas. Literalmente.
Todo habría comenzado unos 100.000 años atrás cuando varias protoestrellas en la Nube Molecular de Orion 1 (OMC-1), una fábrica de estrellas a unos 1.500 años luz de la Tierra, comenzaron a acercarse peligrosamente debido a la gravedad. Y ocurrió lo que era obvio: dos de estas estrellas se rozaron o chocaron, provocando una poderosa erupción que lanzó otras protoestrellas hacia el espacio interestelar a velocidades superiores a los 150 kilómetros por segundo (540.000 km/h).
Esta violenta interacción liberó tuna cantidad de energía similar a la que emite el Sola lo largo de 10 millones de años.“Lo que vemos en este vivero estelar - explica John Bally, autor principal del estudio publicado en AstrophysicalJournal - es una versión cósmica de una exhibición de fuegos artificiales, con serpentinas gigantes flotando en todas direcciones”. Pero el espectáculo durará muy poco, al menos en términos astronómicos: solo algunos siglos.
Descubrimientos recientes y observaciones
Después de dejarnos boquiabiertos en los últimos meses con un exclusivo vistazo a las galaxias más antiguas y lejanas del universo y unas insólitas imágenes de Neptuno, el telescopio espacial James Webb lo ha vuelto a hacer. El cacharro, gestionado al alimón por la NASA y las agencias espaciales europea y canadiense, ha capturado una estrella en pleno nacimiento.
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Bueno, para ser más exactos, una protoestrella: lo que podemos ver en esta última imagen del Webb es un objeto celeste escondido dentro de una nebulosa oscura superabsorbente que, con el tiempo, acabará convirtiéndose en una estrella. Esta futura estrella, por el momento, no es más que una acumulación de gases calientes con una masa muy inferior a la del Sol. A medida que la protoestrella atraiga materia hacia su interior, su núcleo se irá comprimiendo, calentando y, finalmente, provocando una fusión nuclear. Así nacerá la estrella.
La línea oscura y horizontal que puedes ver justo en el centro de la nube con forma de reloj de arena de la foto es la formación prematura de un disco planetario, solo que vista de perfil. Este disco se compone de la materia atraída hacia el núcleo de la estrella, que gira en espiral hacia ella mientras esta se forma. Según la NASA, tiene más o menos el tamaño de nuestro sistema solar y, de hecho, en algún momento se dividirá en planetas. Es lo que ocurre con todas las estrellas jóvenes y lo mismo que ocurrió en nuestro propio sistema solar.
Las emanaciones que parecen surgir del centro del reloj de arena, por encima y por debajo del disco protoplanetario, son nubes moleculares formadas por la acumulación de gases y polvo estelar. La luz de la protoestrella ilumina las cavidades de estas nubes, creando esas formas visibles en la imagen. Un ejemplo validado por la mismísima NASA: imagínate dos flashes orientados en direcciones opuestas, cada uno de ellos emitiendo un cono de luz diferente. Algo así es lo que ocurre en el nacimiento de la estrella que ha capturado el telescopio.
Las regiones de la nube más teñidas de color naranja representan capas más gruesas de polvo estelar, mientras que en la nube inferior, donde el color va del blanco al azul, el polvo es más fino. No te confundas: esto no significa que el tono que ves en la imagen captada por el James Webb sea el color real de la protoestrella. La luz emitida por un fenómeno astronómico como este pertenece al espectro infrarrojo, por lo que el ojo humano no sería capaz de verla.
Para facilitar la visualización de estos hallazgos, las cámaras NIRCam instaladas en el telescopio espacial registran la exposición lumínica de distintas regiones del espectro en sendas imágenes monocromáticas. Después, se asigna a cada una de ellas un filtro de color (en este caso, verde, rojo, azul y naranja). La combinación de esos filtros es realmente lo que da lugar a la imagen difundida por las agencias espaciales.
Los procesos de formación estelar han fascinado durante siglos a la humanidad, pero pocas veces hemos podido observarlos con tanta nitidez. Gracias al telescopio espacial Hubble, la NASA ha logrado una imagen sin precedentes que muestra cómo nace una estrella similar al Sol en medio de una nebulosa activa. Este hallazgo ofrece claves sobre el origen de sistemas solares como el nuestro.
La imagen fue tomada en la región de Herbig-Haro 24 (HH 24), situada a unos 1300 años luz de distancia, dentro del complejo de nubes moleculares Orión B, uno de los viveros estelares más activos del universo cercano. Este objeto en formación está rodeado por un disco de acreción giratorio que alimenta su crecimiento. A medida que el material del entorno cae hacia la protoestrella, la fricción y el calor se intensifican, desencadenando un fenómeno explosivo: el lanzamiento de chorros de gas a altísima velocidad que se proyectan en direcciones opuestas. Estas eyecciones atraviesan el medio interestelar y generan brillantes ondas de choque, una de las firmas más características de los objetos Herbig-Haro.
Más que una imagen bonita, esta observación abre una puerta al estudio de los procesos que dieron origen a estrellas como nuestro Sol. Las estructuras que revela la imagen -desde los chorros de materia hasta la forma del disco de acreción- ayudan a reconstruir las etapas más tempranas del nacimiento estelar.
El nacimiento de una estrella, por ejemplo, dura varios cientos de miles de años, y empieza cuando una región del medio interestelar se hace lo suficiente densa y masiva como para que la fuerza de la gravedad rompa el equilibrio en que se encontraba. El proceso de formación de una estrella sucede dentro de una nube molecular, que es un objeto extraordinariamente opaco. Es por tanto invisible a nuestros ojos, aunque puede ser estudiado mediante observaciones de la radiación infrarroja y radio.
Gracias a este tipo de observaciones, los astrónomos han sido capaces de entender (todavía de forma incompleta) los estadios por los que pasa una estrella al nacer, y reconstruir, por tanto, el nacimiento de nuestro Sol hace casi cinco mil millones de años. El proceso de formación de una estrella da lugar no sólo a un objeto central denso (la protoestrella), sino que también forma de manera natural un disco de materia girando a su alrededor. Este disco contiene el material que gira demasiado rápido como para concentrarse en la estrella, y da lugar al cabo de varios millones de años a un sistema planetario como el que forman la Tierra y los demás planetas.
En estos primeros estadios, la protoestrella es un objeto muy activo, y produce un viento bipolar formado por dos chorros opuestos de material de alta velocidad. Estos chorros permiten a la estrella liberarse del exceso de giro (momento angular) aportado por el material del disco, que cae lentamente en espiral hacia la protoestrella.
No todas las estrellas nacen aisladas. La mayoría forma parte de parejas o sistemas múltiples, que van desde unos pocos individuos hasta miles de estrellas de distinta masa nacidas de la misma nube molecular. La nebulosa de Orión, por ejemplo, es una de las regiones de formación estelar más cercanas donde podemos ver el proceso de nacimiento casi simultáneo de un grupo de millares de estrellas.
Es algo que nunca antes se había podido observar con tanto detalle: el nacimiento de una estrella. Y la NASA lo ha conseguido. Se trata de HH 30, una protoestrella ubicada en la Nube Molecular de Tauro, a unos 450 años luz de la Tierra, y gracias al telescopio espacial James Webb, hemos podido presenciar cómo nace.
«HH 30 es de particular interés para los astrónomos. De hecho, el disco HH 30 se considera el prototipo de un disco de canto, gracias a su temprano descubrimiento con el Telescopio Espacial Hubble. Los objetos Herbig-Haro, como HH 30, son regiones luminosas que rodean estrellas recién nacidas (conocidas como protoestrellas).
Los telescopios ALMA y Webb han observado HH 30 en distintas longitudes de onda para entender mejor qué está ocurriendo allí. ALMA puede detectar granos de polvo grandes, del tamaño de milímetros, que se concentran en una delgada franja en el centro del disco de material que rodea a la estrella. Webb, por su parte, capta el polvo más fino, tan pequeño como una bacteria, que está más disperso por todo el disco. Estas observaciones de Webb combinadas con las de ALMA muestran que los granos de polvo de gran tamaño deben migrar dentro del disco y asentarse en una capa delgada. La creación de una capa de polvo estrecha y densa es una etapa importante en el proceso de formación de planetas.
Además, «las imágenes de Webb, el Hubble y ALMA revelan varias estructuras distintas que están anidadas unas dentro de otras. Un chorro de gas de alta velocidad emerge en un ángulo de 90 grados desde el estrecho disco central. El estrecho chorro está rodeado por un chorro cónico más ancho. Envolviendo el chorro cónico hay una nebulosa ancha que refleja la luz de la estrella joven que está incrustada en el disco. En conjunto, estos datos revelan que HH 30 es un lugar dinámico, donde tanto pequeños granos de polvo como chorros masivos juegan un papel en la formación de nuevos planetas«, explican desde la revista de actualidad aeroespacial Nasa.net.
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