Betelgeuse: La estrella supergigante que puede explotar en cualquier momento

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En estos últimos días se ha acentuado bastante el rumor sobre una estrella inmensa que podría convertirse en una supernova. Y por supuesto, no dejaría escapar la oportunidad para volver a hablar sobre Astronomía en el blog. Bueno, la historia es sobre Betelgeuse, una supergigante roja que se encuentra en la etapa final de su vida útil. Es una de las más grandes y luminosas estrellas visibles a simple vista. Los cálculos de su masa oscilan entre diez y veinte veces el del Sol, con un diámetro que oscila entre los 1.500 y 1.600 millones de kilómetros. ¿Impresionante? Pues, para que se hagan una idea de esto, si sustituyéramos este coloso por nuestro Sol, con toda seguridad se tragaría todo lo que se encontrara más allá del cinturón de asteroides, hasta llegar a la órbita de Júpiter.

Pero… ¿Realmente podría explotar en cualquier momento? O quizás algo más interesante… ¿Qué consecuencias tendría para la Tierra la explosión de Betelgeuse en forma de supernova? Iremos por partes, explicando que es una supernova, pasando antes por el ciclo de vida de una estrella.

Amos p’alla.

En el núcleo de las estrellas se produce una reacción de fusión nuclear constante. Ahí los protones (núcleos de hidrógeno) pueden chocar entre sí con la velocidad suficiente para formar un núcleo de helio y generar una tremenda cantidad de energía al mismo tiempo. Esta fusión nuclear en el centro de la estrella se logra cuando la densidad y temperatura del astro son suficientemente altas. Ese proceso eleva la temperatura de la masa estelar hasta llegar a ser una bola de plasma tan caliente que brilla por sí misma.

Así, debido al efecto de la gravedad, el peso del resto de la masa de la estrella mantiene la máxima energía confinada en su centro. En otras palabras la fusión nuclear permite la generación de energía fundamental para la masa del astro, por ende, mantiene a su masa estable; pero por tiempo limitado (ya veremos la razón). Esto, señores, es lo que hace brillar las estrellas… la fusión nuclear. Por si alguna vez os habéis preguntado porque peines brillan las estrellas. Este proceso es denominado secuencia principal estelar.

Ahora bien, el proceso permanece en equilibrio siempre y cuando retenga suficiente combustible (hidrógeno) para crear esta energía externa que produce calor y luz que contrarresta la presión hacia adentro de su gravedad (equilibrio hidrostático). El problema justamente está en que las reservas de hidrógeno (protones) son limitadas y, cuando estos cartuchos se acaban, en el núcleo sólo quedan las grandes cantidades de helio que se han estado transformando todo ese tiempo.

Las estrellas medianas (cómo la nuestra) son incapaces de utilizar ese helio para producir otros elementos y así mantener el equilibrio hidrostático. Entonces, la reacción de fusión nuclear que da energía a la estrella se detiene y, sin la resistencia que ofrece la onda expansiva generada en el núcleo, el resto de la estrella se precipita hacia el núcleo de helio con todo su peso, comprimiéndolo. Al comprimirse, el núcleo se calienta y transfiere suficiente calor a sus alrededores como para la fusión de hidrógeno pueda empezar de nuevo en la capa que lo rodea.

Entonces, esta capa alrededor del núcleo de helio obviamente tiene un volumen mayor al del núcleo original, por lo que produce más energía y temperatura, este incremento en la cantidad de calor producido es la expansión de la estrella, que empieza a crecer hasta alcanzar un diámetro hasta cientos de veces mayor a su tamaño original. Todo lo que se calienta en temperaturas altísimas, se infla. Para ilustrarlo en lenguaje coloquial.

Por este motivo, pese a que el núcleo esté produciendo más energía que de costumbre, ésta tiene que repartirse por una superficie mayor. La superficie de la estrella empieza a enfriarse y adopta un tono medio rojizo o anaranjado. De ahí que estas estrellas reciban el nombre de gigantes rojas.

Ya que no puede crear materia de la nada, la estrella se va volviendo menos densa mientras se hincha y sus capas más exteriores van viajando libremente por el Cosmos (la famosa Nebulosa Planetaria). La expansión de la estrella continuará hasta que, finalmente, llegará un punto en el que toda su masa quede suelta por el espacio y lo único que quede de la estrella sean sus restos encogidos. Estas son las enanas blancas que se enfriarán tiempo después hasta la muerte térmica.

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La Nebulosa Ojo de Dios es el último aliento de una estrella. En el centro se puede observar a la enana blanca, completamente desgastada.

¿Eso es una supernova? No, de ninguna manera. Todo eso sólo fue una introducción al ciclo de vida de las estrellas. Queda más lindo así:

Medianas estrellas, como el Sol, sufrirán una muerte relativamente pacífica y hermosa que los ve pasar a través de una fase de nebulosa planetaria para convertirse en una enana blanca.”

El camino que lleva a una estrella a la autodestrucción en forma de supernova sucede de esta manera.

Bueno, ya sabemos que, eventualmente, el combustible de hidrógeno que impulsa las reacciones nucleares dentro de las estrellas comenzará a agotarse, y por ende entrarán en las fases finales de su vida. Con el tiempo, se expandirán, se enfriarán y cambiarán de color para convertirse en gigantes rojas. Ahora bien, el camino que siguen más allá de eso depende de la masa de la estrella. Ya vimos lo que pasa con pequeñas y medianas estrellas. Una muerte relativamente pacífica. Lástima que para las estrellas grandulonas, super-masivas y con mucha energía (cómo en el caso de la enigmática Betelgeuse), la suerte no será la misma.

La gravedad de las estrellas muy masivas es tan intensa que las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en su núcleo se ven forzadas a sucederse a un ritmo cientos de veces más acelerado. Una estrella de diez masas solares, por ejemplo, quemaría combustible a una velocidad aproximadamente mil veces superior a la del Sol, y agotaría su combustible de hidrógeno en menos de 100 millones de años (en comparación con los 10 mil millones de años de vida del Sol). Es cómo que tengas un Impala el 67’ (sí, como el de los Winchester) y yo un Lamborghini Aventador del 2013, entonces decidimos hacer una carrera hasta que se nos acabe el combustible, ¿quién crees que será el primer desahuciado? A mayor tamaño, potencia y temperatura… mayor consumo.

Al principio de sus vidas, las estrellas muy masivas agotan rápidamente sus reservas de hidrógeno pero, gracias a la presión a la que está sometido su núcleo (debido a su gigantesca masa), cuando el hidrógeno se agota sí que son capaces de empezar a fusionar helio para producir carbono. Luego, las condiciones en las que se encuentra la estrella obligan a los elementos a fusionarse y formar otros aún más pesados: oxígeno, calcio, cromo y hierro. Hasta que, al final, en el núcleo empieza a acumularse el níquel. Con su núcleo lleno de níquel y hierro, este deja de liberar energía y comienza a absorberla. Cuando toda la masa del núcleo de la estrella se convierte en níquel, las reacciones nucleares se detienen. En esta etapa, el núcleo comenzará a enfriarse y la presión térmica no será suficiente para soportar el núcleo y la onda expansiva que mantiene a raya el resto de la masa de la estrella.

La fusión de hierro o níquel no produce energía neta, por lo que no puede producirse ninguna fusión adicional, dejando el núcleo de níquel-hierro inerte. Debido a la falta de salida de energía que crea presión hacia afuera, el equilibrio se rompe y el núcleo se comprime por la masa superpuesta de la estrella.

Sin nada que la detenga, toda la masa de la estrella se precipita al mismo tiempo hacia el núcleo a velocidades increíbles (alcanza una velocidad de hasta 23% de la velocidad de la luz). Este rápido colapso resulta en un rebote masivo cuando el núcleo alcanza la densidad de un núcleo atómico, como una bola rebotando en una pared de ladrillo, dando lugar a ondas de choque ultra-calientes que se imparten al resto de la masa estelar. De esta manera, la estrella termina su vida en una explosión cataclísmica conocida como supernova de tal magnitud que puede brillar más que toda la galaxia que la contiene.

“Las capas superiores de la estrella también caen, pero su implosión rápidamente se convierte en una explosión, ya que son satisfechos por una violenta oleada de energía del núcleo recién comprimido. Las capas externas de la estrella, incluyendo la mayoría de la masa de la estrella, se lanzan al espacio a velocidades de 15.000 kilómetros por segundo o más en una explosión estupenda llamada supernova.”

En cuanto al núcleo remanente, su destino depende del tamaño de la estrella. Algunos núcleos se derrumban en estrellas de neutrones, que son cuerpos muy densos hechos enteramente de neutrones. Los núcleos de las estrellas más grandes se comprimen aún más hasta el punto de no dejar escapar la luz (el famoso horizonte de eventos), aplastando la materia en un único punto de vista: una singularidad… es decir, un agujero negro.

Las condiciones en la explosión de una supernova son aún más calientes y violentas que en el núcleo de la vieja estrella y esto finalmente permite la creación de elementos incluso más pesados que el hierro, como las versiones radiactivas de cobalto, aluminio, titanio, etc. Una supernova sopla en el espacio una nebulosa de escombros que contiene una mezcla de todos los elementos naturales esenciales para los planetas.

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La nebulosa del Cangrejo es un resto de supernova de tipo plerión.

En fin, esa es una supernova, el final de una estrella supermasiva en forma de bomba termonuclear.

 

Pero, ¿son peligrosas para nosotros esas bombas suicidas?

Bueno, depende de lo lejos que se encuentren. Por suerte para nosotros, en el cosmos hay mucho espacio y, al parecer, estamos en la “zona segura”. Betelgeuse está muy cerca en términos astronómicos. En lo que respecta a la distancia real, se encuentra a unos 640 años luz. Eso sí, con un diámetro de unos 1.600 millones de kilómetros, Betelgeuse es una estrella gigantesca. Pero cómo ya sabrán, es una gigante roja que, como recordarán, ha empezado a expandirse muchísimo y su densidad es muy baja. Aunque su radio es entre 950 y 1200 veces el radio de nuestro sol, su masa es tan solo entre 7,7 y 20 veces mayor.

La Vía Láctea es un lugar inmenso, mide cerca de cien mil años luz. Cuando una estrella explota como supernova, libera grandes cantidades de energía que se extienden de forma esférica por el espacio. A medida que la esfera de energía crece, la intensidad de la energía de una supernova se disipa exponencialmente en el espacio vacío. Es decir, esta explosión no representa ninguna amenaza para los planetas que están a cientos de años luz de distancia porque su radiación inicialmente letal se extiende por igual en todas las direcciones y eventualmente se vuelve demasiado delgada para ser motivo de preocupación. Por ejemplo, si te encuentras a una distancia cualquiera de la explosión, recibirás una cantidad de energía determinada. Pero, si duplicas la distancia entre la explosión y tú, ya no recibirás la mitad de la energía, sino sólo una cuarta parte y así sucesivamente (en el caso de las supernovas, la energía se irá disipando con el cuadrado de la distancia). Es cómo el Wi-Fi, se disipa a medida que avanzas en el espacio.

Pese a que las supernovas liberan una potencia inimaginable, las distancias que separan las cosas en el espacio son igualmente inimaginables. Es por eso que, según las estimaciones de los astrónomos, una supernova tendría que estar muy cerca de la Tierra (entre 1 y 100 años luz de distancia) para que pudiera suponer algún peligro. Entre nosotros y Betelgeuse hay 640 años luz de espacio vacío en el que la explosión puede perder energía, así que no tenemos de qué preocuparnos. No nos hará ningún daño.

De hecho el universo es un lugar peligroso. Agujeros negros, explosiones de rayos gamma y pulsares podrían dañar seriamente o incluso destruir nuestro planeta si estuvieran lo suficientemente cerca, pero el hecho es que no hay nada en nuestro vecindario que represente una amenaza inmediata, al menos para los próximos miles de millones años. Les dije, estamos en la zona segura.

¿Y qué pasaría en el hipotético caso de que estuviera muy cerca?

La estrella más cercana a la Tierra es la enana roja Proxima Centauri a poco más de cuatro años luz de distancia, pero no hay ninguna posibilidad de que explote radicalmente. Teóricamente, sin embargo, si una estrella fuese supernova muy cerca de la Tierra, arrancaría nuestro planeta y todo el sistema solar a fragmentos. La fuerza de las ondas de choque destruiría fácilmente cualquier objeto celeste cercano y dejaría a nuestro sistema solar como un remanente de nebulosa que eventualmente conduciría a la formación de nuevas estrellas y planetas.

¿Entonces Betelgeuse no va a borrarnos del mapa?

Lo único que desencadenaría en la Tierra la explosión de Betelgeuse en forma de supernova sería un bonito espectáculo de luces.

Aquí pueden ver un vídeo hipotético.

Pero, ¿es cierto que podría explotar en cualquier momento?

Esto de que Betelgeuse se podría convertir cualquier día en una supernova es una exageración, para variar, hecha por la prensa y los documentales para hacer su contenido más llamativo. Ese rumor prácticamente nació con el programa de divulgación científica llamado “Colosos del Universo”, del gran Brian Cox.

Pero la realidad es que, por ahora, los estudios más recientes estiman que para este día aún quedan unos miles de años. Podría ocurrir antes, por supuesto, pero la probabilidad es muy baja. Aun así, si este coloso explotara ahora mismo, mientras lees estas líneas, sus luces tardarían 642 años en llegar hasta aquí, debido al espacio que nos separa. O quizás ya explotó tiempo atrás y la luz está viajando para encontrarse con nosotros.


Fuentes de consulta.

Evolutionary Tracks for Betelgeuse, Michelle M. Dolan y Grant J. Mathews, 2014.

What If History’s Brightest Supernova Exploded In Earth’s Backyard?, Joshua Sokol, 2016.

Introduction to Supernova Remnants, National Aeronautics and Space Administration (NASA).

Vida y muerte de las estrellas, Gonzalo Villareal, 2016.

Star Formation, Life, and DeathViews of Solar System.

 

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10 Comentarios Agrega el tuyo

  1. Samvel dice:

    Muy bueno el artículo y la explicación, entendible.

    Le gusta a 1 persona

  2. Agostina dice:

    Muy lindo el blog y gracias por la info.. muy útil

    Le gusta a 1 persona

    1. Minastir dice:

      Gracias, me alegra saber que te gustó la entrada.

      Un abrazo, linda.

      Me gusta

  3. Santi dice:

    La estrella más cercana a la Tierra es la enana roja Proxima Centauri a poco más de cuatro años luz de distancia, pero no hay ninguna posibilidad de que explote radicalmente.

    Me gustaría que escribieras sobre la posibilidad de realizar viajes interestelares… al menos hasta llegar a Proxima Centauri.

    Muchas gracias por este artículo y estaré esperando respuesta tuya.

    Le gusta a 1 persona

    1. Minastir dice:

      Estaré trabajando en ello, Santi.

      Mientras tanto puedes leer mi otro artículo sobre los agujeros de gusano.

      Un abrazo.

      Me gusta

  4. Eleazar dice:

    Excelente artículo

    Le gusta a 1 persona

    1. Minastir dice:

      Gracias, Eleazar.

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  5. Miguel Villalobos. dice:

    Excelente explicación, totalmente entendible para aficionados como yo, gracias y saludos.

    Le gusta a 1 persona

    1. Minastir dice:

      Gracias a ti por leerlo y apreciar mi investigación, un cordial saludo.

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      1. Velvet dice:

        This is what we need – an insight to make evyorene think

        Me gusta

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