La composición de una estrella

La transformación del gas de hidrógeno (H) en helio (He) en el interior de las estrellas, se realiza básicamente a través de uno de los dos procesos siguientes: la reacción protón-protón[PP], o bien el ciclo del carbono [CC]; con cualquiera se obtiene el mismo resultado. 

También debe tenerse en cuenta una tercera reacción de gran importancia, denominada proceso triple alfa.

Mediante la reacción "proton-proton", 4 átomos de hidrógeno se convierten directamente en 1 de helio. A través del "Ciclo de carbono" se arriba a un resultado similar, sólo que además de los átomos de hidrogeno es necesaria la presencia del carbonocomo elemento catalizador. Este ciclo tiene lugar cuando se superan los 15 millones de grados, es decir en estrellas donde su temperatura central es mayor que la correspondiente al Sol.

Finalmente sucede que la suma de la masa de los núcleos de los átomos de hidrogeno que participan en la transformación, es mayor a la masa total del núcleo resultante helio. Esa diferencia de masa es la que se convierte en energía y que luego, en forma de luz y calor, emergerá en todas las direcciones posibles, desde el centro de la estrella hacia su superficie.

Después de la formación de helio, el proceso de las transformaciones nucleares continúa con la creación sucesiva de otros elementos, más pesados que el hidrogeno, como elcarbono, el nitrógeno, el oxígeno, etc, hasta finalizar en el hierro; en este fenómeno participa el proceso triple alfa. 

La producción de los elementos más pesados que el hierro no es resultado de reacciones termonucleares; se producen sólo por captura de neutrones en etapas muy violentas de la evolución de la estrella (por ejemplo, en los eventos de supernova.

Se puede asimilar el núcleo de las estrellas a una caldera donde se originan los elementos químicos desde el hidrogeno al hierro, todo lo que compone el universo.

A través del análisis de los espectros, se ha podido comprobar que todas las estrellas (incluido el Sol), tienen aproximadamente la misma abundancia relativa de los diferentes elementos químicos. Siguen en abundancia al hidrógeno y al helio: silicio,magnesio, hierro y aluminio. Esto indica que la abundancia de los elementos presentes en la superficie de la Tierra, comparados con los observados en las estrellas, es completamente diferente.

Pero no todas las estrellas presentan exactamente la misma composición química. En el caso de las estrellas frías (con temperaturas menor que 2.000 ºC) se verifica que entre las mismas, existen sensibles diferencias en las abundancias del carbono, el nitrógeno y el oxígeno. Los astrónomos también hallaron que en las estrellas más viejas existe una menor abundancia de elementos de mayor peso atómico a más pesados en comparación con las estrellas más jóvenes.

Esta evidencia confirmaría la hipótesis que las estrellas son el lugar donde se originan los elementos que siguen al hidrógeno y al helio en la tabla periódica.

Pero las estrellas, simultáneamente con la formación de los elementos siguientes al helio, experimentan otras mutaciones: aumentan de tamaño al comienzo y luego disminuyen. Esos cambios son el resultado de que la cantidad de energía emitida es variable, y que por consiguiente el astro cambia de brillo; es decir, se convierte en lo que se ha denominado una estrella variable.

En ocasiones, las estrellas sufren cambios violentos y expulsan parte de sus capas exteriores a su espacio circundante; en esas circunstancias, se producen los elementos químicos que siguen al hierro y terminan en el uranio. El gas expulsado por la estrella, junto con las partículas de polvo diseminados en el espacio, conforman nuevos astros con una composición química diferente a las estrellas de la generación anterior. De este modo, mediante un lento proceso de recomposición de elementos, el universo recicla y modifica su composición química, aumentando gradualmente la proporción de elementos más pesados que el hidrógeno en las estrellas que se van formando.

Una nueva astronomía ha nacido hoy

La celebración del centenario de la gran obra de Einstein parece no tener fin. Como colofón a la fiesta, la colaboración LIGO acaba de anunciar una detección directa de ondas gravitacionales. Es la última de las predicciones clásicas de la teoría general de la relatividad, que proporciona nuestra descripción más fundamental de la naturaleza del espacio y el tiempo.

Hace cien años, Einstein interpretó el fenómeno de la gravitación, la más evidente de las fuerzas de la naturaleza, como el resultado de la deformación del tejido del espacio y el tiempo. En esta visión, el espacio y el tiempo no son escenarios pasivos del movimiento de la materia, sino que se ven afectados por la cantidad y tipo de energía que contiene. En un sentido metafórico, podemos decir que el espacio tiene propiedades elásticas. Cuando hay mucha energía concentrada en una pequeña región, el espacio colapsa sin remedio en el interior de una región que desde fuera se ve como un agujero negro. Por el contrario, si el propio vacío tiene energía (la famosa “energía oscura”), el espacio responde dilatándose como un bizcocho, justamente lo que vemos en nuestro universo a las distancias más grandes que hemos podido medir.

Pero esta elasticidad dinámica del espacio sugiere que una fuente de energía que varía violentamente en el tiempo debería producir ondas de curvatura, perturbaciones que se propagarían comoolas en la superficie del agua: las ondas gravitacionales. ¿Cuál es el problema entonces? ¿Por qué no las hemos visto antes? La razón es la extrema debilidad de la fuerza gravitacional. Cada vez que damos un salto le ganamos la partida a todo el planeta Tierra, que tira de nosotros hacia abajo. Así que producir ondas gravitacionales requiere energías descomunales, y detectarlas precisa tecnología extraordinariamente fina.

Cuando hay mucha energía concentrada en una pequeña región, el espacio colapsa sin remedio en el interior de una región que desde fuera se ve como un agujero negro"

Lo que LIGO afirma haber detectado es una colisión de dos agujeros negros con una masa de treinta soles cada uno, con un tamaño de poco más de un centenar de kilómetros, orbitando casi a la velocidad de la luz en una espiral de colisión espectacular que resulta en un agujero negro más grande. El chorro final de ondas gravitacionales tiene una energía equivalente a la masa de tres soles,concentrada en unos milisegundos, más kilovatios que todas las estrellas juntas. La deformación del espacio-tiempo nos llegó el 14 de septiembre después de un viaje de 1.300 millones de años, y la amplitud de la onda en la escala del detector LIGO es de una milésima del tamaño de un protón. Es sorprendente que la naturaleza produzca semejantes extremos, pero más aun lo es que la especie humana haya sido capaz de alcanzar este conocimiento mediante una empresa histórica de más de dos milenios de pensamiento racional.

Para ser justos, hay que decir que pocos físicos dudaban de la existencia de las ondas gravitacionales. En realidad, ya se habían “visto” de manera indirecta hace más de dos décadas, cuando Hulse y Taylor recibieron el premio Nobel de física en 1993, precisamente por el descubrimiento de estrellas de neutrones binarias, una de las cuales emite pulsos electromagnéticos, regulares como un faro interestelar. Esto les permitió calcular con mucha precisión la pérdida paulatina de energía, que concordaba perfectamente con la que correspondería a la emisión de ondas gravitacionales.

Para ser justos, hay que decir que pocos físicos dudaban de la existencia de las ondas gravitacionales. En realidad, ya se habían 'visto' de manera indirecta hace más de dos décadas"

El verdadero hito histórico del descubrimiento de LIGO es la apertura de una nueva ventana para estudiar el universo. Toda una nueva astronomía ha nacido hoy, que seguramente transformará nuestra visión del cosmos durante las próximas décadas. Ya no podemos dudar de la existencia de los agujeros negros, podremos estudiar con detalle fenómenos violentos como las colisiones de estrellas de neutrones, agujeros negros, supernovas, estallidos de rayos gamma y, cuando el detector se pueda construir en el espacio (el proyecto LISA), tal vez podamos detectar las colisiones de los monstruosos agujeros negros que se alojan en los centros de las galaxias. A la larga, puede que el mismo Big Bang se vea en una nueva perspectiva, si somos capaces de “oírlo” en ondas gravitacionales. Mientras tanto, solo podemos alegrarnos de vivir en una época en la que la especie humana sigue explorando la naturaleza con la misma emoción que los navegantes que se adentraban en un océano desconocido.

The space

The cosmic microwave background (CMB) is the thermal radiation assumed to be left over from the "Big Bang" of cosmology.

In older literature, the CMB is also variously known as cosmic microwave background radiation (CMBR) or "relic radiation." The CMB is a cosmic background radiation that is fundamental to observational cosmology because it is the oldest light in the universe, dating to the epoch of recombination.

With a traditional optical telescope, the space between stars and galaxies (the background) is completely dark. However, a sufficiently sensitive radio telescope shows a faint background glow, almost exactly the same in all directions, that is not associated with any star, galaxy, or other object. This glow is strongest in the microwave region of the radio spectrum.

Observan vientos vertiginosos en galaxia gemela de Vía Láctea

Al respecto Anna Lia Longinotti, investigadora del INAOE, dijo que es la primera vez que se descubre un fenómeno de este tipo, porque usualmente estos vientos son detectados en agujeros negros ubicados en núcleos activos de galaxias, cuásares muy brillantes y en general en galaxias muy luminosas.

"Este fenómeno es conocido como UFO, por ultra fast outflows, que son vientos de gas expulsados por agujeros negros supermasivos y que alcanzan velocidades del 10 o 20 por ciento la velocidad de la luz", acotó.

Explicó que es un fenómeno relativamente nuevo que se ha observado desde hace apenas cinco años, principalmente en rayos X, en datos de baja resolución, que no tienen la calidad para identificar las diferentes líneas de absorción por las cuales está formado.



Gracias a la mejor calidad de los datos, detectamos una serie de líneas que nunca se habían observado, de hecho, cuando las vimos por primera vez no las reconocimos, nos costó bastante trabajo entender que esto era un UFO porque no se había observado antes.

Varios del equipo hemos trabajado con espectros de alta resolución y ninguno había visto algo así, apuntó.

Lia Longinotti añadió que la novedad de este viento con respecto de observaciones anteriores es que se detecta principalmente por la presencia de oxígeno.

"En los modelos teóricos, estos vientos se modelan con propiedades extremas, con átomos de hierro altamente ionizados. En la galaxia observamos que tiene distribución de iones de oxígeno, y esperamos que esto pueda servir a quienes hacen teoría para desarrollar reproducciones más consistentes con las observaciones", acotó.

Subrayó que una de las contribuciones de este proyecto para la astronomía en general tiene que ver con el concepto de retroalimentación (feedback), una manera de suprimir la formación estelar en galaxias que tienen mucho gas, lo cual está previsto en los modelos de evolución de galaxias.

"La retroalimentación, hasta ahora, se ha observado y se espera a nivel teórico en galaxias y cuásares que son muy luminosos, producto de la interacción de dos galaxias que se funden, mezclan, y hay una gran cantidad de gas para formar estrellas, acotó.

La especialista del INAOE dijo que hasta ahora se han observado los fenómenos de retroalimentación más conocidos como es la alta luminosidad, mucha energía y gas.

Agregó que la gente que hace modelos teóricos necesita los resultados de este tipo de proyectos para que sus modelos se enriquezcan con datos observacionales.

Los Agujeros Negros

Los agujeros negros son cuerpos celestes con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética (La luz) puede escapar de su proximidad cayendo inexorablemente en el agujero.

El cuerpo está rodeado por una frontera esférica, llamada "horizonte de sucesos", a través de la cual la luz puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro.
Se llama Horizonte de sucesos ya que el único suceso que puede ocurrir una vez pasada la frontera es el de seguir cayendo en el agujero, ya que no hay velocidad posible suficientemente grande como para escapar de la atracción gravitatoria, ni siquiera a la velocidad de la luz se puede escapar (Aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo)

Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña, como la del Sol o inferior, que está condensada en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia.

Propiedades

El concepto de agujero negro lo desarrolló el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en 1916 sobre la base de la teoría de la relatividad de Albert Einstein. El radio del horizonte de sucesos de un agujero negro de Schwarzschild solamente depende de la masa del cuerpo: en kilómetros es 2,95 veces la masa del cuerpo en masas solares, es decir, la masa del cuerpo dividida por la masa del Sol.
 Si un cuerpo está eléctricamente cargado o está girando, los resultados de Schwarzschild se modifican. En la parte exterior del horizonte se forma una "ergosfera", dentro de la cual la materia se ve obligada a girar con el agujero negro. En principio, la energía sólo puede ser emitida por la ergosfera.

Proceso de Penrose:
Se puede entrar a la ergosfera a una velocidad y salir a una velocidad mayor gracias a que se gana "energía cinética", esta ganancia de energía se la arrancaría al propio agujero negro, un agujero negro podría perder casi el 30% de su energía. Este fenómeno explicaría por ejemplo el desprendimiento de llamaradas de rayos gammas desde el interior de los agujeros negros y también explicaría la expulsión de partículas de alta