Pregúntele a Ethan: ¿Pueden los no estrellas aún convertirse en estrellas?

El sistema enano marrón más cercano a la Tierra, Luman 16 , en su conjunto contiene suficiente masa para formar una estrella enana roja si se junta todo. La pregunta es si esto sucederá en nuestro universo, es bastante interesante.

En el cielo nocturno, las estrellas son claramente visibles en cualquier dirección de nosotros, dondequiera que miremos. Pero por cada estrella que ha reunido suficiente masa para comenzar la fusión nuclear en su centro, quemando hidrógeno, convirtiéndolo en helio y convirtiendo la materia en energía a través de E = mc ² , hay muchos otros objetos que no lo han logrado. La mayoría de las masas de masa que comienzan a formarse en la nebulosa nunca crecen lo suficiente como para convertirse en una estrella; en cambio, se convierten en nubes de gas fragmentadas, asteroides, mundos rocosos, gigantes gaseosos o enanas marrones. Las enanas marrones son las "estrellas" del Universo, que han reunido suficiente masa para desencadenar la síntesis de isótopos raros, pero no lo suficiente como para convertirse en verdaderas estrellas. Pero muchas enanas marrones existen en parejas, por lo que nuestro lector hizo la siguiente pregunta:

¿Las órbitas de estas enanas marrones se volverán más pequeñas con el tiempo debido a la pérdida de energía en las ondas gravitacionales? ¿Se fusionarán al final? Si es así, ¿qué pasa después de eso? ¿Se convertirán en una verdadera estrella de síntesis? ¿O algo completamente diferente?

En astronomía, como en la vida, solo porque no tuvo éxito la primera vez no significa que nunca tendrá éxito. Comencemos con esas estrellas que podrían.


Ilustración de un planeta gigante en órbita alrededor de una estrella enana roja. La diferencia entre un planeta, una estrella no estelar y una verdadera es solo en masa

Para encender la fusión nuclear en el centro de una estrella y hacer que los núcleos de hidrógeno entren en una reacción de fusión, es necesario alcanzar temperaturas del orden de 4,000,000 K. Pero luego la gravedad se conecta y hace que la nube de gas colapse. En este momento, los átomos en el interior ganan velocidad, chocan entre sí y se calientan. Si hubiera pocos átomos, irradiarían este calor al espacio interestelar, enviando corrientes de luz para viajar a través de toda la galaxia. Pero si juntas muchos átomos, no liberan esta luz, por lo que el interior de la nube de gas comienza a calentarse.


La constelación de Orión, junto con un enorme complejo de nubes moleculares y las estrellas más brillantes. Muchas estrellas nuevas se forman debido al colapso del gas, que no permite que el calor escape del lugar donde se forma la estrella.

Si algo pequeño, que pesa un asteroide, forma la Tierra, o incluso Júpiter, puede calentarse a miles o incluso decenas de miles de grados en el núcleo, pero aún estará muy lejos de la temperatura de síntesis. Pero cuando alcanzas cierta masa crítica, unas trece masas de Júpiter, obtienes temperaturas del orden de 1,000,000 K. Esto no es suficiente para la síntesis de helio a partir de hidrógeno, pero es la temperatura crítica para una cierta reacción: síntesis de deuterio. En el orden de 0.002% de hidrógeno en el Universo, el núcleo contiene no solo un protón, sino un protón asociado con un neutrón, es decir, un deuterón. A temperaturas de un millón de grados, el deuterón y el protón pueden sintetizar helio-3 (un isótopo de helio no muy común), y esta reacción ocurre con la liberación de energía.

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La reacción en cadena protón-protón responsable de la mayor parte de la energía del sol es un ejemplo de fusión nuclear. En la síntesis de deuterio, solo puede ocurrir la reacción ² H (deuterio) + ¹ H (protón) -> ³ He (helio-3)

Esto es importante! Esta producción de energía, especialmente en la fase de la estrella, produce radiación de alta energía que resiste el colapso gravitacional interno y evita que el centro se caliente demasiado, lo que podría elevar las temperaturas a 4,000,000 K. Esto le da tiempo adicional, decenas de miles de años o más, para eso para reunir aún más masa. Después de todo, tan pronto como una estrella comienza la síntesis del hidrógeno puro (protones), la producción de energía se vuelve tan grande que la estrella ya no crece, por lo tanto, las primeras etapas de desarrollo son críticas. Si no fuera por la participación del deuterio en la síntesis, las estrellas más grandes superarían en masa al Sol en un máximo de tres veces, y no cientos de veces, como las que tenemos cerca.


Imagen compuesta del primer exoplaneta observado directamente (rojo) y su enana marrón materna. Una verdadera estrella sería físicamente más grande y su masa sería mayor que la de esta enana marrón.

Para alcanzar la temperatura central de 4,000,000 K y convertirse en una verdadera estrella, necesita ganar al menos 7.5% de la masa solar: aproximadamente 1.5 × 10 ²⁹ kg. Para convertirse en una enana marrón y comenzar la síntesis con deuterio, es necesario de 2.5 × 10 ²⁸ kg a 1.5 × 10 ²⁹ kg. Y tan a menudo como las estrellas binarias, se encuentran enanas dobles marrones en el espacio.


Las dos enanas marrones que componen el sistema Luman 16, y eventualmente pueden fusionarse para crear una estrella.

De hecho, la enana marrón más cercana a nosotros, el sistema Luman 16, es un sistema dual. También se sabe que alrededor de otras enanas marrones los planetas gigantes se mueven en órbitas. En el caso de Luman 16, se determinaron las siguientes masas de dos enanas marrones:

1. El principal - de 8.0 × 10 ²⁸ a 1.0 × 10 ²⁹ kg.
2. Secundario: de 6.0 × 10 ²⁸ a 1.0 × 10 ²⁹ kg.

En otras palabras, existe una gran posibilidad de que si estos dos no estrellas, que giran uno alrededor del otro a una distancia de aproximadamente tres veces la distancia del Sol a la Tierra, se combinen, formen una estrella real. Cualquier adición de masa que transfiera una no estrella a través de la línea de masa necesaria para comenzar a quemar hidrógeno la convertirá en una estrella.


Las dos enanas marrones que componen Luman 16 fueron fotografiadas 12 veces por el telescopio Hubble, y determinamos su movimiento y órbitas relativas durante un período de varios años.

La intuición no le falla a nuestro lector: sí, las masas que giran entre sí emiten ondas gravitacionales, y esta radiación hará que disminuyan las órbitas. Pero para tales masas y distancias, esta disminución tomará aproximadamente ^10.200 años, que es mucho, mucho más que la vida del Universo. Esto es incluso más largo que el tiempo de vida de cualquier estrella, o incluso una galaxia, o incluso un agujero negro central en una galaxia. Si vas a esperar hasta que las ondas gravitacionales conviertan a este par de enanas marrones en una estrella, tendrás que esperar un tiempo decepcionantemente largo.


El escenario de caerse unos sobre otros en espiral debido a las ondas gravitacionales para dos enanas marrones tan bien separadas como estas llevará mucho tiempo. Pero las colisiones son muy probables. Así como las estrellas rojas producen estrellas azules individuales en una colisión, las colisiones de enanas marrones pueden dar lugar a estrellas enanas rojas.

Periódicamente, los objetos en el espacio chocan. El hecho de que las estrellas, las no estrellas, los planetas callejeros y todo lo demás se mueva en la galaxia, principalmente bajo la influencia de la gravedad, significa que existe una probabilidad finita de que dos objetos choquen accidentalmente. Esto es mucho mejor que esperar una disminución en la órbita debido a las ondas gravitacionales, excepto en casos especialmente extremos. En una línea de tiempo del orden de 10 a ¹⁸ años, "solo" 100 millones de veces más que la edad actual del Universo, las enanas marrones chocarán accidentalmente con otras enanas marrones o con cadáveres de estrellas, y darán lugar a una nueva vida para los que no son estrellas. Según nuestras estimaciones, este destino espera a aproximadamente el 1% de todas las enanas marrones.


La atmósfera del Sol no se limita a la fotosfera o incluso a la corona, sino que se extiende por millones de kilómetros en el espacio, incluso en ausencia de bengalas y emisiones.

Pero incluso si no puede esperar a que funcione la radiación gravitacional, y no tiene la suerte de encontrarse con otra enana marrón en el espacio interestelar, aún tendrá la oportunidad de unirse. Por lo general, imaginamos que las estrellas tienen un cierto espacio que ocupan en el espacio, un cierto volumen. Imaginamos de la misma manera, por ejemplo, la atmósfera de la Tierra: como si tuviera un final claro, un límite entre lo que consideramos la atmósfera y el espacio. ¡Esto es estúpido! De hecho, los átomos y las partículas se extienden millones de kilómetros, y los destellos de las estrellas son más grandes que el radio de la órbita de la Tierra. Recientemente se descubrió que las enanas marrones también emiten bengalas, al igual que un satélite en órbita baja finalmente volverá a caer a la Tierra, por lo que la fricción ejercida por las enanas marrones entre sí eventualmente las unirá. Para Luman 16, esto no funcionará, pero si la distancia entre las dos no estrellas fuera comparable con la distancia del Sol a Mercurio, y no con la distancia del Sol a Ceres, este efecto podría funcionar.


El estudio a largo plazo de Luigi Bedin sobre la observación de las 16 no estrellas de Luman nos mostró cómo su ubicación y movimiento cambian con el tiempo, con una secuencia cíclica debido al movimiento anual de la Tierra

Entonces, ¿qué sucede después de una fusión o colisión? Tales eventos son raros y toman más tiempo que la edad actual del universo. Para entonces, incluso una enana marrón habría consumido todo su deuterio, y su cadáver se habría enfriado a una temperatura de solo unos pocos grados por encima del cero absoluto en la superficie. Pero la energía de colisión o fusión debería ser suficiente para crear tal presión y calor en el núcleo que aún puedan, si se cruza la línea de masa crítica, comenzar la fusión nuclear. La estrella tendrá una pequeña masa, color rojo y vivirá mucho tiempo, más de 10 billones de años. Cuando la no estrella finalmente se enciende, es probable que se convierta en la única estrella que brilla en la galaxia durante su vida útil; tales eventos serán raros y muy espaciados en el tiempo. Sin embargo, el tipo de esta estrella demostrará ser interesante en sí mismo.


Sin embargo, cuando dos enanas marrones se fusionen en un futuro lejano, es probable que se conviertan en la única luz en el cielo nocturno, ya que todas las otras estrellas ya están quemadas. La enana roja resultante se convertirá en la principal fuente de luz que queda en ese momento en el Universo.

Quemará su combustible tan lentamente que el helio-4, que se obtiene al mismo tiempo, el resultado de una reacción de síntesis que involucra hidrógeno en el núcleo, abandonará el núcleo como resultado de la convección, lo que permitirá que hidrógeno adicional participe en la síntesis. La convección será tan efectiva que el 100% del hidrógeno en la estrella puede arder hasta el final, dando como resultado una masa continua de átomos de helio. Para quemar este helio, la masa no será suficiente, por lo tanto, los restos estelares se comprimirán en un tipo de estrella que aún no está en nuestro Universo: una enana blanca de helio. Para que esta enana blanca se enfríe y deje de brillar, tomará aproximadamente un billón de años, y en este momento otras enanas marrones de la galaxia colisionarán y se iluminarán. Para cuando el no-estrella finalmente tenga éxito y pase por todo su ciclo de vida, convirtiéndose en una enana negra, otro no-estrella esperará su oportunidad.


Comparación de los colores y tamaños de la enana blanca (izquierda), la Tierra, reflejando la luz solar (en el medio) y la enana negra (derecha). Cuando las enanas blancas finalmente emiten los restos de su energía, eventualmente se convertirán en enanas negras

Si pudieras llegar a ser inmortal, en principio, podrías viajar de un no contado a otro, recibiendo energía de los últimos éxitos raros del Universo. La mayoría de los que no son estrellas permanecerán en este estado para siempre, pero algunos, con quienes sonríe la buena fortuna, arderán mucho más tarde que todas las demás fuentes de luz. Como dice la famosa frase de Winston Churchill: "El éxito no es definitivo, el fracaso no es fatal, solo el coraje para continuar importa". Quizás esto sea cierto incluso para las estrellas, e incluso más que para usted y para mí.

Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].

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