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¿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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¿De qué color es el Sol?

El color del Sol nos puede confundir pues no es realmente del color que lo vemos normalmente, nuestra estrella es en realidad de color blanco… para que lo entendáis bien en esta entrada os explicamos el verdadero color del Sol.

El Sol emite mucha energía en el rango visible. En la escala de longitud de onda es de 390 nm a 700 nm, y cuando lo traduces a colores, obtienes todos los colores del violeta al rojo, tal como los vemos en el arco iris. Cuando mezclas todos esos colores, obtienes el color blanco, y es por eso que el blanco es el verdadero color del sol.

Sí buscáis fotos del Sol tomadas por astronautas (sin filtros), el sol aparece de color blanco sobre ellos:

El Sol desde el espacio.

Pero visto desde la Tierra, el Sol puede tener muchos diferentes colores: desde blanquecino-amarillento cuando está muy por encima del horizonte, hasta anaranjado o rojizo cuando se pone o sale. Pero la mayoría de la gente lo ve como de color amarillo, porque las longitudes de onda más cortas (que vemos como diferentes tonos de azul) están siendo dispersadas por la atmósfera de la Tierra, coloreando el cielo de azul. Y cuando nuestros ojos combinan todos esos colores del arco iris, excepto los azules, el color del Sol que ven nuestros ojos es amarillento. Cuanto más bajo hacia el horizonte está el Sol, más azul se dispersa y el color del Sol «promedio» cambia a rojo.

Diagrama de estrellas HR
Diagrama de clasificación de estrellas HR

La posición de nuestra estrella en el diagrama HR depende de la temperatura y el brillo de la estrella. Una de las versiones del diagrama HR a menudo se denomina «diagrama de magnitud de color», pero aquí «color» (o «índice de color») es un número que representa una diferencia en el brillo estelar en dos rangos espectrales elegidos.

En muchos diagramas de HR, las estrellas están coloreadas de acuerdo con sus temperaturas (azul para las estrellas calientes, rojas para las frías) para hacerlas más informativas y atractivas. El Sol y las estrellas con temperaturas similares son amarillas cuando se observan desde la Tierra, y es por eso que a menudo se las representa con este color y se las llama “enanas amarillas”. Sin embargo, también se pueden encontrar diagramas para los que se mantienen los colores estelares reales y en esos diagramas el Sol será un punto blanco.

En algunos diagramas de HR, los colores se codifican con la longitud de onda para la cual la estrella emite la mayor parte de su energía. Cuando usamos este criterio, debemos usar el verde para el sol. Pero, ¿por qué no vemos estrellas verdes (de la Tierra o del espacio)? Es porque las estrellas emiten energía en un rango realmente amplio. Incluso si el pico cae en verde, se emite mucha energía en todos los colores, desde el azul hasta el rojo. Y con nuestros ojos, siempre observamos la mezcla de esos colores. Si agregas un poco de azul al verde, obtendrás algo que nuestros ojos interpretan como un tinte de azul , y cuando agrega algo del lado rojo, obtendrás amarillo.

Entonces, cuando veas un diagrama HR colorido, recuerda que la elección de los colores depende de su autor y que la paleta utilizada no necesariamente representa los colores reales de las estrellas.

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Os recomendamos nuestro primer libro de Astronomía en el que descubriréis todas las curiosidades del espacio:

«Curiosidades Astronómicas»

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El eclipse solar del 10 de junio de 2021

El 10 de junio de 2021 se podrá observar un eclipse de sol anular desde el polo norte de la Tierra y parcial desde otras ubicaciones del hemisferio norte de nuestro planeta. Un eclipse de Sol ocurre cuando la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol, cuando es total todo el diámetro de la Luna cubre el diámetro aparente del Sol en el cielo, cuando es anular la Luna deja un anillo alrededor del Sol ya que no lo cubre totalmente. Esto es debido a que la distancia Tierra-Luna varía y en el momento del eclipse anular está más alejada con lo que es un poco más pequeña aparentemente de cuando ocurre un eclipse total que la Luna está más cerca.

Desde otros lugares del hemisferio norte veremos un eclipse parcial en el que parte de la Luna tapa una zona pequeña del Sol durante un cierto tiempo. Que será en gran parte de Europa, gran parte de Asia, noroeste de África, gran parte de América del Norte, Atlántico y el Ártico.

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Animación del eclipse solar del 10 de junio de 2021, el punto rojo corresponde a las zonas donde se verá anular y las zonas sombreadas donde se verá parcial

Por ejemplo desde Madrid (España) el eclipse comenzará a las 11h 01m y terminará a las 12h 29m, tapando un pequeño cachito del Sol como podemos ver en la siguiente imagen facilitada por el OAN.

Otra forma de apreciar como veremos el eclipse y programarnos la mañana es usando el programa de simulación del cielo Stellarium, eligiendo las horas del eclipse podremos ver la simulación de este para nuestra ubicación.

Sí queremos saber el tiempo que habrá ese día la siguiente página es muy buena: https://www.spaceweather.com/

RECOMENDACIONES MUY IMPORTANTES PARA VER EL ECLIPSE:

Un eclipse de Sol es un evento espectacular pero hay que tener muchas precauciones para observarlo:

 – No observar el Sol directamente sin la debida precaución, produce ceguera.

  • Nunca debe observarse el sol directamente con aparatos como cámaras, telescopios, prismáticos… ni con filtros no homologados, ni con gafas de sol.
  • No utilizar filtros caseros no homologados (películas fotográficas veladas, gafas de sol, radiografías, cristales ahumados,…) ya que no filtran todas las radiaciones solares
  • Se recomienda el uso de filtros homologados, que se venden en ópticas, planetarios y tiendas especializadas.

– Con prismáticos o telescopios (jamás  observarlo directamente sin un filtro solar), lo podemos observar:

– Usando el método de proyección sobre alguna cartulina

– Usando filtro Mylar

– Usando otros filtros astronómicos especiales

Recordad que para observar el Sol directamente con telescopios se coloca el filtro en el objetivo:

Filtros de Objetivo (filtro Mylar): Se colocan en el objetivo, son filtros usados para observación solar

Captura

 Filtro de objetivo para la observación del Sol y telescopio con filtro Solar.

Algunos telescopios de baja gama suelen tener filtros SUN para oculares pero pueden dañar a la larga el ocular o la vista por tanto no los debéis usar ya que pueden ser muy peligrosos.

También podéis buscar información sobre sí en vuestra ciudad se va a realizar algún evento publico para la observación del eclipse, sí es así podéis acercaros y observarlo con ellos, siempre respetando las normas por la COVID 19 que seguro que os pedirán.

Espero que disfrutéis del Eclipse y que para ello tengamos unos cielos bien despejados. 🙂 suerte a tod@s.

  • Os recomiendo mi primer libro en el que hablo de las curiosidades de muchos objetos y eventos astronómicos:

     

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Cosas que tal vez no sabías de nuestra estrella, el Sol

Hay muchos estudios sobre la formación de nuestra estrella y como consecuencia la formación del sistema solar, pero uno reciente a partir de datos de la misión Gaia revela que nuestra estrella se pudo haber formado por el paso cercano de una galaxia enana que orbita continuamente nuestra galaxia, la galaxia Sagitario, que es una galaxia satélite de la Vía láctea. Es muy pequeña por eso está en el rango de galaxia enana, de echo tiene un diámetro de unos 10.000 años luz, se encuentra actualmente a 70.000 años luz de la Tierra y se mueve continuamente en una órbita polar sobre el disco galáctico a unos 50 000 años luz del centro de nuestra galaxia. El próximo choque ocurrirá en unos 100 millones de años y finalmente se fusionará con la Vía Láctea.

Esta pequeña galaxia realiza pasos periódicos por el disco de nuestra galaxia, la va moldeando y removiendo y agitando el gas y el polvo galáctico, en uno de esos pasos pudo haber sembrado la zona donde está actualmente el Sol y haber sido el detonante para la creación de estrellas y por consiguiente de sistemas planetarios.

Tenemos que remontarnos a hace aproximadamente 4600 millones de años cuando a partir de una nube molecular de gas y polvo se empezó a formar lo que hoy conocemos como el Sistema Solar. El detonante que hizo que la nube molecular colapsara dando origen a nuestro Sistema Solar era hasta la fecha un misterio, aunque habían hipótesis de que tal vez la explosión de una supernova cercana habría enviado una onda expansiva de gases calientes que se topó con la nube provocando su colapso. Sería una explicación del colapso que fue necesario para la formación del sistema Solar, pero este nuevo descubrimiento de la posible acción de la galaxia enana Sagitario es bastante posible.

Cuando la materia se comprime aparecen procesos energéticos enormes, partes de la nebulosa comienzan agregarse y la acción de la gravedad va formando la estrella, estos procesos concentran una enorme cantidad de calor, cuando se llega a la cifra mágica de los 10 millones de grados se desencadenan procesos nucleares (fusión nuclear) que hacen que la estrella se encienda. Con la fusión nuclear, el Sol convierte el hidrógeno en helio, y la masa restante del proceso se convierte en energía. Hay un equilibro entre la presión del interior de la estrella y la gravedad de la misma que evita que se colapse.

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Por tanto nuestra estrella es una enorme bola de gas compuesta por un 75% de hidrógeno y un 25% de helio. Libera plasma, que forma el viento solar (heliosfera). La Tierra está protegida por un campo magnético que repele ese viento solar, pero se cuela por los polos magnéticos terrestres, formando las auroras polares. Es una estrella amarilla de tipo G (enana amarilla) que se encuentra en la secuencia principal (90% de su vida). Después se irá enrojeciendo y agrandando (gigante roja), hasta que estalle y forme una nebulosa planetaria, quedando como una estrella enana blanca.

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El Sol observado en diferentes longitudes de onda por la sonda SOHO, imágenes de NASA.
Ciclo vida del Sol
Ciclo de vida del Sol, la escala está en miles de millones de años. Actualmente el Sol tiene 4600 millones de años. Sobre los 8 mil millones de años irá calentándose hasta convertirse en una gigante roja, cuando tenga la edad de 11 mil millones de años estallará y quedará en el centro una enana blanca.
Curiosidades sobre el Sol
  • El Sol está compuesto de hidrógeno (70%) y helio (28%).
  • El Sol es 109 veces más ancho que la Tierra y 330.000 veces más masivo.
  • El área de la superficie del Sol es 11,990 veces mayor que la de la Tierra.
  • La distancia media entre la Tierra y el Sol es una Unidad Astronómica (AU)
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El Sol y su comparación con la Tierra
  • El Sol es una esfera casi perfecta. Hay una diferencia de 10 kilómetros entre el diámetro polar y ecuatorial del Sol. Esto significa que es lo más parecido a una esfera perfecta que se ha observado en la naturaleza.
  • Cuando el Sol haya quemado todo su hidrógeno, continuará quemando helio durante 130 millones de años más. Durante este tiempo, se expandirá hasta el punto de envolver a Mercurio, Venus y la Tierra. En esta etapa se habrá convertido en una gigante roja.
  • El Sol algún día será del tamaño de la Tierra. Después de su fase de gigante roja, el Sol colapsará. Mantendrá su enorme masa con el volumen aproximado de nuestro planeta. Cuando esto suceda, se habrá convertido en una enana blanca.
  • La temperatura dentro del Sol puede alcanzar los 15 millones de grados centígrados. La energía se genera en el núcleo del Sol, por fusión nuclear, cuando el hidrógeno se convierte en helio. Los objetos calientes se expanden, el Sol explotaría si no fuera por su enorme fuerza gravitacional. La temperatura en la superficie del Sol se acerca a los 5.600 grados centígrados.
  • La luz del Sol tarda ocho minutos en llegar a la Tierra. El Sol está a una distancia promedio de 150 millones de kilómetros de la Tierra. La luz viaja a 300.000 kilómetros por segundo. Dividir uno por otro nos da un tiempo aproximado de 500 segundos (ocho minutos y 20 segundos). Aunque esta energía llega a la Tierra en unos minutos, ya habrá tardado millones de años en viajar desde el núcleo del Sol hasta su superficie.
  • El Sol viaja a 220 kilómetros por segundo. Nuestra estrella está a unos 26.000 años luz del centro galáctico. El Sol tarda entre 225 y 250 millones de años en completar una órbita del centro de la  Vía Láctea .
  • La distancia del Sol a la Tierra cambia a lo largo del año. Esto se debe a que la Tierra viaja en una órbita elíptica alrededor del Sol. La distancia entre los dos cuerpos varía de 147 a 152 millones de kilómetros.
  • El Sol es de mediana edad. Con alrededor de 4.600 millones de años, el Sol ya ha consumido aproximadamente la mitad de su reserva de hidrógeno. Le queda suficiente para seguir quemando hidrógeno durante aproximadamente 5 mil millones de años. El Sol es actualmente un tipo de estrella conocida como enana amarilla.
  • El Sol tiene un campo magnético enorme. La energía magnética liberada por el Sol durante las tormentas magnéticas provoca erupciones solares. Vemos estos como manchas solares. En las manchas solares, las líneas magnéticas se retuercen y giran, como lo haría un tornado en la Tierra.
  • El sol genera viento solar. El viento es una corriente de partículas cargadas. Este viaja a aproximadamente 450 kilómetros por segundo a través del sistema solar. El viento solar ocurre cuando el campo magnético del Sol se extiende hacia el espacio.
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Para saber más:

Las manchas solares

La sonda Solar Orbiter y sus descubrimientos

La sonda SOHO

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La sonda Solar Orbiter está dando grandes resultados en la observación del Sol

Los datos de Solar Orbiter han hecho posible calcular la región de origen del viento solar que golpea la nave espacial e identificar esta «huella» en las imágenes de detección remota. En un ejemplo estudiado en junio de 2020, la huella se ve en el borde de una región llamada «agujero coronal», donde el campo magnético del Sol llega al espacio, permitiendo que fluya el viento solar.

El campo magnético de un agujero coronal es diferente al del resto del Sol. En lugar de regresar a la superficie, estas líneas de campo magnético permanecen abiertas y se extienden hacia el espacio. Por el momento aún no sabemos dónde se vuelven a conectar. Estas líneas abiertas del campo magnético hacen que se forme un agujero coronal, donde el viento solar puede escapar a altas velocidades. Cuando un agujero coronal se coloca cerca del centro del disco solar que mira hacia la Tierra, estos gases calientes fluyen hacia la Tierra a una velocidad mayor que el viento solar regular y causan perturbaciones geomagnéticas en la Tierra con una mayor actividad auroral. Dependiendo del tamaño y la ubicación del agujero coronal en el disco, se puede esperar más o menos actividad auroral. Los agujeros coronales grandes a menudo dan como resultado un viento solar más rápido que los agujeros coronales más pequeños.

Los agujeros coronales pueden desarrollarse en cualquier momento y lugar del Sol. Los agujeros coronales en los polos solares son los más estables, especialmente en los años cercanos al mínimo solar, pero rara vez influyen en nuestro planeta. Solo si estos agujeros coronales crecen y se expanden hacia latitudes más bajas, a veces experimentamos el flujo de viento solar de alta velocidad que proviene de estos agujeros coronales polares. Estas extensiones hacia latitudes más bajas a veces pueden desconectarse del agujero coronal polar y convertirse en una estructura aislada por sí misma. Los agujeros coronales a menudo persisten durante semanas o meses y cambian de forma y tamaño a medida que pasa el tiempo. Los agujeros coronales también pueden desarrollarse de forma aislada de los agujeros coronales polares, lo cual es más común en los años inmediatamente anteriores y posteriores al mínimo solar.

Las primeras imágenes de la misión mostraron una multitud de lo que parecían ser pequeñas erupciones solares que estallaban en la superficie del Sol. Los científicos las llamaron fogatas porque aún no se conoce la energía exacta asociada con estos eventos. Sin la energía, aún no está claro si son el mismo fenómeno que otros eventos eruptivos de menor escala que han sido vistos por otras misiones. Lo que hace que todo sea tan tentador es que durante mucho tiempo se pensó que existían «nano-llamaradas» a pequeña escala en el Sol, pero nunca antes habíamos tenido los medios para ver eventos tan sumamente pequeños.

Esto es importante porque se teoriza que las nano-llamaradas son responsables de calentar la corona, la atmósfera exterior del Sol. El hecho de que la corona esté a aproximadamente un millón de grados centígrados mientras que la superficie tiene solo unos 5000 grados sigue siendo uno de los problemas más desconcertantes de la física solar actual. Investigar este misterio es uno de los objetivos científicos clave de Solar Orbiter.

Créditos: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD / WRC, ROB, UCL / MSSL, LFO / IO; colegio Imperial

Durante la fase científica principal que sigue, la nave espacial se acercará a 42 millones de kilómetros a la superficie del Sol, que está más cerca que el planeta Mercurio. La nave espacial alcanzará su próximo perihelio a principios de 2021. Durante el primer acercamiento de la fase científica principal, a principios de 2022, se acercará a 48 millones de kilómetros.
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Solar Orbiter abordará grandes preguntas en la ciencia del Sistema Solar para ayudarnos a comprender cómo nuestra estrella crea y controla la burbuja gigante de plasma que rodea todo el Sistema Solar e influye en los planetas dentro de él. Sus principales objetivos también son estudiar el Sol de cerca, tomar imágenes de alta resolución de los polos del Sol por primera vez y comprender la conexión Sol-Tierra.

Tenemos a nuestra disposición, para los más curiosos una herramienta interactiva llamada’ Dónde está el Orbitador Solar ‘ donde te permite explorar la trayectoria de la misión, incluidos los sobrevuelos de asistencia por gravedad y seguir la posición de la nave espacial todos los días de su viaje: https://solarorbiter.esac.esa.int/where/

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