Formación estelar Gerardo Martínez Avilés Las estrellas son componentes fundamentales de las estructuras más grandes de nuestro universo: las galaxias y los cúmulos de galaxias. Pese a que estas estructuras son lo más grande que se puede observar, se estima que el 70% del universo es energía oscura y aproximadamente el 25% del resto es materia oscura. Aunque estos componentes son los más abundantes, no pueden observarse. Esto quiere decir que las estrellas corresponden al 5% de lo que compone al universo. Si las teorías de la existencia de la materia y energía oscuras son correctas, no debemos menospreciar el papel que las estrellas juegan en la descripción del universo. Después de todo, es por la observación de las estrellas que podemos inferir la existencia de los componentes obscuros del universo. Además estamos seguros de que la materia de todos los seres vivos, el oxígeno, el nitrógeno y el carbono se formaron en las estrellas. Una buena forma de saber qué son las estrellas es salir a verlas, de día o de noche, con telescopio o a simple vista. Parece una locura intentar contar todas las estrellas que hay en el universo, pero es algo que los astrónomos han intentado resolver. Con base en cálculos y observaciones se estima que cada galaxia puede contener entre 10 y 100 mil millones de estrellas y que existen alrededor de 100 mil millones de Galaxias en el universo observable, un número impresionantemente grande. Pareciera entonces, dado este gran número de estrellas, que son estructuras que se formaran muy fácilmente. Formación estelar / CIENCIORAMA 1
Las primeras estrellas y el reciclaje de material Cúmulos globularesse formaron aproximadamente 200 millones de años después del Big Bang. En ese entonces el universo era completamente oscuro; los únicos elementos que había eran más ligeros, como el hidrógeno y el helio. Los astrónomos y físicos piensan que estos elementos se encontraban en enormes nubes a partir de las cuales se empezaron a formar las estrellas. Dentro de estas nubes de gas molecular y polvo, sus materiales comenzaron a atraerse gravitacionalmente: cualquier pequeño grumo en ellas (una especie de pequeña semilla) fue suficiente para que la gravedad provocara que todo su material comenzara a colapsar. Las nubes cósmicas de aquellas fases tempranas del universo, que carecían de elementos pesados, eran mucho más grandes que cualquiera de las nubes que podemos observar actualmente. A partir de estas nubes gigantescas se formaron estrellas muy grandes y calientes con masas de tal vez entre 100 y 1000 masas solares. Estas masas tan grandes hicieron que sus vidas estelares fueran de sólo unos cuantos millones de años y murieran explotando violentamente como supernovas. Estas explosiones dejaron, entre otras cosas, elementos más pesados, los cuales se integran a nuevas nubes moleculares a partir de las cuales se forman nuevas estrellas en una especie de reciclaje estelar. Proceso de formación estelar Las estrellas se comienzan a formar en las nubes de gas y polvo a partir de la atracción gravitacional que provocan las inhomogeneidades en la densidad de las nubes. Cuando se atraen los átomos de estas inhomogeneidades, se crea un gas que se calienta por la presión causada Formación estelar / CIENCIORAMA 2
por la gravedad. Hay que tener presente que siempre hay dos fuerzas: la gravedad que jala todo el material de la nube hacia su centro y la presión que se genera hacia afuera al comprimirse el gas (una fuerza igual a la que sentimos cuando estamos apachurrando un globo). Cuando la nube se comprime la densidad aumenta del centro hacia la periferia y la presión alcanza niveles altísimos. Esto ocasiona que en el interior de la nube aumente la temperatura y por lo tanto haya aún más presión. Recordemos que la temperatura de un gas nos da una medida de la energía cinética de las moléculas de su material, por lo que a mayor temperatura, mayor energía cinética y mayor velocidad de las partículas del gas. La temperatura del gas en el centro de la protoestrella Regiones de formación estelar es tan alta que los átomos que lo forman alcanzan velocidades altísimas, al grado de que si llegan a chocar dos núcleos de hidrógeno, se fusionan y forman un núcleo de helio. A partir de ese momento, la protoestrella entra en una fase en la que comienza la fusión del hidrógeno. En los procesos de fusión nuclear se libera una cantidad enorme de energía que provoca que el gas se caliente más, que aumenten la presión y temperatura, que haya mayores velocidades en las partículas y que por consiguiente haya un mayor índice de reacciones nucleares. Un bello círculo virtuoso. Una vez que la fusión nuclear se estabiliza, alcanzando la temperatura, presión y densidad que mantienen las reacciones en el núcleo, ha nacido una estrella. Y a partir del momento en que comienzan a fusionar hidrógeno, las estrellas se mantienen vivas por varios miles de millones de años. La composición química de las estrellas depende de la composición química de las nubes de las cuales se formaron. Como ya hemos dicho, las primeras estrellas del universo eran Formación estelar / CIENCIORAMA 3
estrellas muy grandes y formadas casi exclusivamente de hidrógeno y helio. Las estrellas que se forman a partir de nubes que contienen material de estas primeras estrellas son más pequeñas y tienen un contenido químico más complejo, puesto que en las estrellas anteriores se han formado ya elementos pesados. El Sol, por ejemplo, es una estrella de este tipo. Es decir, se formó de las nubes que quedaron de la muerte de estrellas anteriores a él. Esto lo sabemos porque el Sol y todo lo que se formó con él de la misma nube (la Tierra y nosotros mismos incluidos) tienen un alto contenido de elementos pesados que tuvieron que haberse formado en otras estrellas. De las nubes se pueden formar estrellas solitarias, estrellas binarias o cúmulos de estrellas, todas siguiendo prácticamente el mismo camino que hemos descrito hasta ahora. La forma en que se crean las estrellas Cómo se enciende una estrella? Es un tema que sigue dando muchas preguntas a los astrónomos. Por ejemplo; una nube de gran tamaño no necesariamente crea una estrella grande, y una nube relativamente pequeña (en comparación a otras nubes) puede crear una estrella gigantesca. Podríamos decir entonces que una estrella es una esfera muy caliente de gas en la que están en equilibrio su presión interna y su propia gravedad. Es aquí donde surge la pregunta de si realmente el proceso de equilibrio se logra de manera tan fácil como para formar el enorme número de estrellas que hemos mencionado más arriba. Las estrellas pasan por distintas etapas durante su existencia buscando ese equilibrio que las mantiene. Pero la vida y evolución de las estrellas es un tema vasto e interesante del que habrá que seguir hablando. Bibliografía Formación estelar / CIENCIORAMA 4
1. Martin Rees, Universe, Dorling Kindersley Press, 2005.. 2. Erick Seinandre, Nathalie Audard, Larousse de la Astronomía, Ed. Larousse, México, 2003. 3. Phillis Engelbert,Diane L. Dupuis, The Handy Space Answer Book, Visible Inc. Press,2003. Formación estelar / CIENCIORAMA 5