La edad de las estrellas, las enanas degeneradas y los diamantes

Alg¨²n d¨ªa el universo dejar¨¢ de construir estrellas. La materia prima de la que est¨¢n hechas se agota a medida que se crean estrellas nuevas. Cuando la estrella envejece se recicla solo una parte de su material. En el futuro, las galaxias agotar¨¢n el gas necesario para formar estrellas j¨®venes. As¨ª nos salen las cuentas, ni siquiera el universo dispone de recursos ilimitados.

Sabemos adem¨¢s que es imposible que las estrellas existan antes de la ¨¦poca en que se formaron los primeros ¨¢tomos de hidr¨®geno en el cosmos. Estimamos que las primeras estrellas se formaron entre 200 y 400 millones de a?os despu¨¦s del Big Bang, pero determinar cu¨¢ndo el universo vio la primera luz de una estrella es uno de los objetivos del telescopio espacial James Webb (NASA, ESA y la agencia espacial canadiense), que se espera lanzar a finales del 2021.

El n¨²mero total de estrellas que existen a d¨ªa de hoy en el universo se espera que aumente solo un 5% del valor actual. Teniendo en cuenta que se hizo la luz despu¨¦s de la ¨¦poca de la recombinaci¨®n (cuando se unen protones y electrones para formar hidr¨®geno) y que sabemos que hay un despu¨¦s en el que no nacer¨¢ ninguna m¨¢s, la conclusi¨®n es sencilla: vivimos en la edad de las estrellas. ?Y qu¨¦ edad m¨¢s maravillosa nos ha tocado! Proporcionan energ¨ªa a la mayor parte de los seres vivos aqu¨ª en la Tierra y quiz¨¢s en otros muchos lugares del cosmos y hacen brillar a las galaxias, porque una galaxia solo se mantiene mientras lo hacen sus estrellas.

En la edad de las estrellas las nubes de gas fr¨ªo colapsan para formar estrellas, planetas y enanas marrones. Las estrellas procesan el gas por fusi¨®n nuclear enriqueci¨¦ndolo qu¨ªmicamente y a lo largo de sus vidas reciclan parte de este material devolvi¨¦ndolo al medio interestelar a veces en forma de vientos suaves y a veces de manera explosiva.

Cuando se dejen de formar estrellas y la evoluci¨®n estelar convencional haya cesado solo nos quedar¨¢n los restos, las brasas o cenizas estelares: enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros

Pero vamos a centrarnos en lo que las estrellas no devuelven. Cuando se dejen de formar estrellas y la evoluci¨®n estelar convencional haya cesado solo nos quedar¨¢n los restos, las brasas o cenizas estelares: enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. La mayor parte de las estrellas que existen son estrellas de baja masa y estas acaban sus d¨ªas como enanas blancas. Este ser¨¢ tambi¨¦n el destino final del Sol. Por tanto la mayor parte de la masa del universo quedar¨¢ en forma de enanas blancas aisladas que ser¨¢n las protagonistas absolutas del futuro. Ellas, las estrellas aisladas convencionales, las que no llaman apenas la atenci¨®n ahora, las que no se apagan de manera violenta mediante explosiones, ni monopolizan la imaginaci¨®n de las pel¨ªculas de ciencia ficci¨®n como los agujeros negros. Ellas, las enanas blancas, las ¡°degeneradas¡±, tendr¨¢n su momento de gloria en el futuro.

Pero, ?qu¨¦ es exactamente una enana blanca? Es una estructura que a pesar de haber agotado el combustible nuclear consigue vencer la contracci¨®n gravitatoria gracias a la f¨ªsica cu¨¢ntica. Es una campeona. Le gana la batalla a la gravedad ejerciendo presi¨®n para detener el colapso utilizando a sus electrones y a la propiedad mec¨¢nico cu¨¢ntica que provoca que cuando se les somete a altas densidades no toleran estar en el mismo espacio con la misma ropa que otro (o dicho bien, que dos electrones no pueden tener los cuatro n¨²meros cu¨¢nticos iguales), en eso consiste lo que se conoce como la degeneraci¨®n de electrones.

Hay muchas enanas blancas en la cercan¨ªa del Sol, pero son muy d¨¦biles porque son peque?as y se van enfriando

Hay muchas enanas blancas en la cercan¨ªa del Sol, pero son muy d¨¦biles porque son peque?as y se van enfriando. Una de las primeras que se descubri¨® es la compa?era de Sirio (la estrella m¨¢s brillante del cielo norte en realidad es un sistema doble). Son de las estructuras m¨¢s densas que existen: en el tama?o de un planeta como Marte (ahora que est¨¢ de moda) se concentra la masa de una estrella como el Sol. Y ahora vendr¨ªa contar lo de que en una cuchara de caf¨¦ de enana blanca cabr¨ªan dos elefantes, pero d¨®nde estar¨¢n los elefantes para entonces. Una enana blanca es material estelar de lo m¨¢s fascinante, formada por un s¨®lido de iones de carbono y ox¨ªgeno flotando en un mar de electrones degenerados. A medida que se enfr¨ªan sus n¨²cleos se congelan (y no a 0 grados cent¨ªgrados como el agua en la Tierra), cristalizando y liberando calor latente tal y como ha sido confirmado con GAIA recientemente. Un diamante es carbono cristalizado, as¨ª que la estructura de una enana blanca recuerda un diamante esf¨¦rico del tama?o de nuestro planeta flotando en el espacio.

Este es el destino que les depara a las m¨¢s pesadas, las que ahora tienen hasta ocho veces la masa del Sol. Sin embargo, la mayor¨ªa de las enanas blancas del futuro son actualmente estrellas M, enanas rojas, esas en las que est¨¢n centradas algunas de las b¨²squedas de planetas habitables como CARMENES. Las enanas rojas son tan peque?as que apenas han tenido tiempo de experimentar ning¨²n tipo de evoluci¨®n, se mantienen como Peter Pan congeladas en la infancia a pesar de que el resto de las estrellas ya han pasado por varias generaciones. Sus tiempos son otros, van m¨¢s all¨¢ de la edad actual del universo y acabar¨¢n sin m¨¢s como enanas blancas, pero esta vez la estructura que se enfriar¨¢ ser¨¢ de helio en lugar de carbono-ox¨ªgeno.

Una gran cantidad de lo que se conoce como materia bari¨®nica (esa de la que estamos hechos nosotros y las estrellas) acabar¨¢ como remanentes degenerados

Una gran cantidad de lo que se conoce como materia bari¨®nica (esa de la que estamos hechos nosotros y las estrellas) acabar¨¢ como remanentes degenerados. Si dejamos pasar el tiempo suficiente, las enanas blancas se convertir¨¢n en negras, las galaxias se evaporar¨¢n expulsando la mayor parte de las estrellas, algunas colisionar¨¢n con agujeros negros y aquellas que est¨¢n en sistemas binarios, si est¨¢n lo suficientemente cerca, fusionar¨¢n debido a la emisi¨®n de ondas gravitatorias. Incluso los agujeros negros se evaporar¨¢n debido a la emisi¨®n de radiaci¨®n de Hawking. Lo que ocurra despu¨¦s permanece en la niebla, depende entre otras cosas de la estabilidad del prot¨®n. Si el prot¨®n es inestable tendremos enanas negras emitiendo una luz de unos 400 vatios durante un tiempo, poco m¨¢s que una farola y bastante menos de los 110 Megavatios diarios de las luces de navidad de Vigo. Si el prot¨®n es estable podemos esperar que las enanas negras m¨¢s masivas exploten como supernovas aisladas en un universo oscuro y fr¨ªo. Y estas s¨ª, quiz¨¢s, sean las ¨²ltimas luces del universo.

Eva Villaver es investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, Twitter, Instagram o suscribirte aqu¨ª a nuestra newsletter.