Archivo de la categoría: Astrofísica

¿Cómo funcionan las estrellas?

Para ello nos centraremos en una muy conocida, el Sol. Como todas las demás estrellas del universo observable, el Sol es una enorme y brillante esfera de gas caliente y resplandeciente que se mantiene unida por su propia gravedad. Vive en la Vía Láctea, junto con aproximadamente 400 mil millones de otras estrellas. Todas funcionan según el mismo principio básico: fusionan átomos en sus núcleos para generar calor y luz. Así es como funciona una estrella.

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Para el Sol, esto significa que los átomos de hidrógeno se juntan bajo altas temperaturas y presiones. El resultado es un átomo de helio. Ese proceso de fusión libera calor y luz, a esre proceso se le denomina «nucleosíntesis estelar» y es la fuente de muchos de los elementos del universo más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. 

Entonces, de estrellas como el Sol, el futuro universo obtendrá elementos como el carbono, que producirá a medida que envejezca. Los elementos muy «pesados», como el oro o el hierro, se forman en estrellas más masivas cuando mueren y producen supernovas, o incluso en las colisiones catastróficas de estrellas de neutrones.

¿Cómo hace una estrella para hacer esta «nucleosíntesis estelar» y no explotar en el proceso? La respuesta: equilibrio hidrostático. Eso significa que la gravedad de la masa de la estrella (que atrae los gases hacia adentro) se equilibra con la presión hacia afuera del calor y la luz, la  presión de radiación , creada por la fusión nuclear que tiene lugar en el núcleo.

Es decir el equilibrio entre la gravedad y la presión mantiene a la estrella cohesionada:

equi estrellas

Esta fusión es un proceso natural y requiere una enorme cantidad de energía para iniciar suficientes reacciones de fusión para equilibrar la fuerza de la gravedad en una estrella. El núcleo de una estrella necesita alcanzar temperaturas superiores a los 10 millones de grados centígrados para comenzar a fusionar hidrógeno, en ese momento se enciende una estrella. Nuestro Sol, por ejemplo, tiene una temperatura central de alrededor de 15 millones de grados.

Una estrella que consume hidrógeno para formar helio se denomina estrella de «secuencia principal» durante todo el tiempo que es un objeto que fusiona hidrógeno. Cuando agota todo su combustible, el núcleo se contrae porque la presión de radiación hacia el exterior ya no es suficiente para equilibrar la fuerza gravitatoria. La temperatura central aumenta (porque se comprime) y eso le da suficiente «empuje» para comenzar a fusionar átomos de helio, que comienzan a convertirse en carbono. En ese momento, la estrella se convierte en una gigante roja. Más tarde, cuando se queda sin combustible y energía, la estrella se contrae y se convierte en una enana blanca. Este sería el caso para nuestra estrella, el Sol, pero las estrellas de gran masa, sin embargo, son diferentes al Sol en muchos aspectos. Viven vidas cortas y explotan como supernovas, lanzando de forma dramática sus elementos al espacio. El mejor ejemplo de una supernova es la Nebulosa del Cangrejo, en Tauro. 

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Nebulosa del Cangrejo (M1), está situada 6.300 años luz de la Tierra y tiene un diámetro de 6 años luz. Credit: NASAESA, J. Hester, A. Loll (ASU); Acknowledgement: Davide De Martin (Skyfactory)

El núcleo de la estrella original queda atrás mientras el resto de su material es lanzado al espacio. Eventualmente, el núcleo podría comprimirse para convertirse en una estrella de neutrones o un agujero negro.

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Observadas por primera vez evidencias de un planeta en otra galaxia

Usando el telescopio espacial XMM-Newton y el Chandra de rayos X, los astrónomos han dado un paso importante en la búsqueda para encontrar planetas fuera de la Vía Láctea, lo que se llamaría exoplanetas extragalácticos.

Detectar un planeta en otra galaxia es muy difícil, hasta ahora no se ha confirmado ningún sistema planetario fuera de la Vía Láctea debido a que la luz de otra galaxia se concentra en un área muy pequeña en el cielo, es muy difícil para los telescopios distinguir una estrella de otra, y mucho menos un planeta que orbita alrededor de ellas. Y las técnicas habituales para encontrar exoplanetas en nuestra galaxia no funcionan tan bien para planetas fuera de ella.

Esto es diferente cuando se estudian los rayos X, en lugar de la luz visible, en una galaxia. Debido a que hay menos objetos que brillan intensamente en la luz de rayos X, un telescopio de rayos X como el XMM puede distinguir más fácilmente entre objetos al observar una galaxia. Por lo tanto, esos objetos son más fáciles de identificar y estudiar, y podría ser posible encontrar un planeta a su alrededor.

Algunos de los objetos más brillantes que se pueden estudiar en las galaxias externas son las llamadas binarias de rayos X. Estas consisten en un objeto muy compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, que está en pleno proceso de tragar material de una estrella compañera que orbita a su alrededor. El material que cae es acelerado enormemente por el intenso campo gravitacional de la estrella de neutrones o el agujero negro y se calienta a millones de grados, produciendo una gran cantidad de rayos X muy brillantes. Los astrónomos esperan que, en teoría, los planetas que pasan en tránsito frente a tal fuente bloquearían estos rayos X, lo que provocaría una caída en la curva de luz de rayos X observada, con lo que tendríamos una forma de encontrar planetas en otras galaxias.

Todo esto, como podéis ver en la siguiente imagen, se ha detectado en un sistema binario de rayos X en la galaxia M51 llamado M51-ULS, se encuentra este posible candidato a planeta de un tamaño parecido al planeta Saturno y a unos increíbles 28 millones de años luz de distancia.

M51 y su planeta
Podemos ver una imagen compuesta de M51 con rayos X de Chandra y luz óptica del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta contiene un cuadrado que marca la ubicación del posible planeta candidato.Créditos: Rayos X: NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al ; Óptica: NASA / ESA / STScI / Grendler

Este sistema contiene una estrella de neutrones o un agujero negro en órbita con una estrella de aproximadamente 20 a 30 veces la masa del Sol (gran estrella azul). La estrella de neutrones o agujero negro extrae material de su estrella compañera, creando un disco de material que brilla en rayos X.

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Objetos de Herbig-Haro: los impactantes objetos HH111, HH47 y HH46

Esta impactante imagen muestra un fenómeno celeste relativamente raro conocido como objeto Herbig-Haro. El objeto de la imagen se llama HH111 y fue captado por la cámara de campo amplio 3 (WFC3) del Telescopio espacial Hubble.

@europeanspaceagency / @hubbleesa & @NASA, B. Nisini

Los objetos de Herbig-Haro son algunas de las vistas más raras y espectaculares que podemos ver en el cielo profundo, estos curiosos y sublimes objetos toman la forma de finos chorros de materia que flotan entre el gas y las estrellas circundantes.

Otros dos objetos Herbig-Haro son HH46 y HH47, que se ven en la siguiente imagen tomada con el Telescopio Espacial Hubble, fueron observados en la constelación de Vela, a una distancia de más de 1400 años luz de la Tierra. Antes de su descubrimiento en 1977 por el astrónomo estadounidense R. D. Schwartz, se desconocía el mecanismo exacto por el cual se formaban estos objetos multicolores y espectaculares.

Créditos: ESA / Hubble & NASA, B. Nisini ⠀

Antes de 1997, Schwartz y otros científicos teorizaron que los objetos podrían ser un tipo de nebulosa de reflexión o un tipo de onda de choque formada por el gas emitido por una estrella que interactúa con la materia circundante. El misterio finalmente se resolvió cuando una protoestrella, invisible en esta imagen, fue descubierta en el centro de los largos chorros de materia. Las salidas de materia, de unos 10 años luz de diámetro, fueron expulsadas de la estrella recién nacida e impulsadas violentamente hacia afuera a velocidades de más de 150 kilómetros por segundo. Al llegar al gas circundante, la colisión creó las ondas de choque brillantes que se ven en la anterior imagen.

Hay otros objetos espectaculares como los anteriores como por ejemplo el que tomó el  telescopio espacial Hubble  en 2015 de una serie de chorros de gas lanzados por una estrella muy joven. El objeto se llama HH 24 y es parte de un gran grupo de nebulosas situadas a más de 1.350 años luz de la Tierra en la constelación de Orión. Se ha creado un vídeo que hace zoom hasta este espectacular objeto.

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Una extraña ‘ruptura’ en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea

Hay una característica muy extraña en nuestra galaxia. Se trata de un contingente de estrellas jóvenes y nubes de gas formadoras de estrellas que sobresale de uno de los brazos espirales de la Vía Láctea. Con una extensión de unos 3.000 años luz, esta es la primera estructura importante identificada con una orientación tan diferente a la de un típico brazo espiral.

Los astrónomos tienen una idea aproximada del tamaño y la forma de los brazos de la Vía Láctea, pero aún se desconoce mucho: no pueden ver la estructura completa de nuestra galaxia porque la Tierra está dentro de ella. Es como estar parado en medio de un bosque e intentar dibujar su mapa y extensión completa.

Se encontraron estrellas y nubes formadoras de estrellas que sobresalen del brazo de Sagitario de la Vía Láctea
Concretamente se encontró un contingente de estrellas y nubes de formación de estrellas que sobresalían del Brazo Sagitario de la Vía Láctea. El recuadro en la imagen muestra el tamaño de la estructura y la distancia al Sol. Cada forma de estrella naranja indica regiones de formación de estrellas que pueden contener desde docenas hasta miles de estrellas.Créditos: NASA / JPL-Caltech

Para obtener más información, los autores del nuevo estudio se centraron en una parte cercana de uno de los brazos de la galaxia, llamado Brazo de Sagitario. Usando el telescopio espacial Spitzer de la NASA antes de su retiro en enero de 2020, buscaron estrellas recién nacidas, ubicadas en las nubes de gas y polvo (llamadas nebulosas) donde se forman. Spitzer detecta luz infrarroja que puede penetrar esas nubes, mientras que la luz visible (la clase de luz que pueden ver los ojos humanos) está bloqueada.

Se cree que las estrellas y nebulosas jóvenes se alinean estrechamente con la forma de los brazos en los que residen. Para obtener una vista en 3D del segmento del brazo, los científicos utilizaron los últimos datos publicados de la misión Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) para medir la precisión distancias a las estrellas. Los datos combinados revelaron que la estructura larga y delgada asociada con el brazo de Sagitario está formada por estrellas jóvenes que se mueven casi a la misma velocidad y en la misma dirección a través del espacio.

Una propiedad clave de los brazos espirales es la fuerza con que se enrollan alrededor de una galaxia. Esta característica se mide por el ángulo de inclinación del brazo. Un círculo tiene un ángulo de inclinación de 0 grados y, a medida que la espiral se abre más, el ángulo de inclinación aumenta. La mayoría de los modelos de la Vía Láctea sugieren que el brazo de Sagitario forma una espiral que tiene un ángulo de inclinación de aproximadamente 12 grados, pero la estructura que examinamos realmente se destaca en un ángulo de casi 60 grados.

Estructuras similares, a veces llamadas espolones o plumas, se encuentran comúnmente sobresaliendo de los brazos de otras galaxias espirales. Durante décadas, los científicos se han preguntado si los brazos espirales de nuestra Vía Láctea también están salpicados de estas estructuras o si son relativamente lisos, ahora parece que se está comenzando a descubrir que tiene esos curiosos espolones.

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La impresionante galaxia NGC 3982 y la creación de estrellas

Los brazos de la impresionante galaxia espiral barrada NGC 3982 están alineados con unas espectaculares regiones de formación de estrellas de color rosado en la imagen, también se pueden ver cúmulos de estrellas recién nacidas azules y líneas de polvo oscuro que proporcionan la materia prima para las futuras generaciones de estrellas.

Créditos de imagen: NASA, ESA y el Hubble Heritage Team (STScI / AURA); Reconocimiento: A. Riess (STScI)

NGC 3982 está a 68 millones de años luz de distancia en la constelación de la Osa Mayor, y la galaxia se extiende por unos 30.000 años luz, aproximadamente un tercio del tamaño de nuestra Vía Láctea que tiene un diámetro de 100.000 años luz.

Esta galaxia es parte del llamado grupo M109, un espectacular grupo galáctico localizado en la constelación de la Osa Mayor, el cual contiene más de 50 galaxias, cuya galaxia más brillante del grupo es la galaxia espiral M109.​

La galaxia NGC 3982 es una galaxia catalogada como galaxia Seyfert.

Las galaxias Seyfert son uno de los dos grupos más grandes de galaxias activas , junto con los cuásares . Tienen núcleos de tipo cuásar (fuentes de radiación electromagnética muy luminosas, distantes y brillantes) con un brillo superficial muy alto cuyos espectros revelan líneas de emisión de alta ionización fuertes, pero a diferencia de los cuásares, sus galaxias anfitrionas son claramente detectables.

Las galaxias Seyfert representan aproximadamente el 10% de todas las galaxias y son algunos de los objetos más intensamente estudiados en astrofísica, ya que se cree que funcionan con los mismos fenómenos que ocurren en los quásares, aunque están más cerca y menos luminosos que los quásares. Estas galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. Vistas en luz visible , la mayoría de las galaxias Seyfert parecen galaxias espirales normales, pero cuando se estudian bajo otras longitudes de onda, queda claro que la luminosidad de sus núcleos es de intensidad comparable a la luminosidad de galaxias enteras del tamaño de la Vía Láctea.

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