Una transformación prodigiosa: ha nacido una estrella del frío vacío cósmico

Con las estrellas nos ha ocurrido como con el Universo, cuando comenzamos a entender su funcionamiento aprendimos que no siempre han estado ahí. Nuestro propio Sol proporciona la evidencia de su naturaleza perecedera. Consume hidrógeno en reacciones termonucleares a un ritmo de 100 millones de toneladas por segundo, por eso brilla. Aunque tiene una gran cantidad de masa, esta no es infinita. La conclusión es obvia: el Sol ni siempre ha estado brillando, ni lo hará para siempre.

Las estrellas, por tanto, tienen un principio, del mismo modo que podemos decir que experimentan algo que se asemeja a un final. Partiendo de lo que conocemos como medio interestelar, su proceso de formación involucra una transformación prodigiosa: material tenue y muy frío, en torno a los 263 grados bajo cero, se transforma en una bola de fuego incandescente con temperaturas que llegarán a los millones de grados en su interior y una densidad que aumentará muchos, muchos ceros.

Lo primero que necesitamos entender es que es un proceso que necesita tiempo. No tanto como el que pasan brillando, pero sí bastante, incluso a escalas cósmicas, no es un proceso instantáneo. Si se dan las condiciones adecuadas, en decenas de millones de años el cosmos puede conseguir formar una estrella.

El mecanismo es caótico y está lleno de incertidumbres. Cientos, miles de estrellas se forman a la vez en polvorientas envolturas gaseosas surcadas de burbujas, regadas y cohesionadas por esas partículas sólidas que llamamos polvo interestelar. Para que ocurra hace falta, ya lo hemos dicho, tiempo, pero sobre todo es necesario transformar varias veces las condiciones del entorno para que pase de templado y casi vacío, a muy frío y denso. Para que con el tiempo sea mucho más denso todavía, tanto que pueda seguir colapsando por efecto de la gravedad.

Material filamentoso y tenue de baja densidad acaba fragmentando en miles de grumos que con el tiempo dará lugar a las estructuras más densas del cosmos. Algunas con cientos de veces la masa de nuestra estrella, la mayor parte de ellas en pares, en lo que conocemos como sistemas binarios, y otras, la mayoría, en forma de estrellas casi como el Sol, un poco menos masivas.

El proceso de formación de estrellas masivas, aquellas que tienen digamos más de 20 veces la masa del Sol no lo conocemos muy bien. No tenemos claro, todavía, si se forman como el resultado del colapso monolítico de una nube muy grande o si, por el contrario, se hacen grandes como consecuencia de ir agregando estrellas más pequeñas. Las detecciones de ondas gravitatorias o descubrimientos como el del agujero negro de 33 veces la masa del Sol descubierto recientemente por GAIA ponen de manifiesto que todavía no tenemos claros todos los detalles.

Lo fascinante es que el nacimiento de las estrellas más grandes está conectado con el de las estrellas más pequeñas y con la misma formación de estrellas en toda una galaxia. Las estrellas masivas, a través de sus vientos y explosiones de supernova, inyectan enormes cantidades de energía en el medio interestelar, reduciendo así el ritmo de formación de otras estrellas. Sin estrellas masivas, nuestra Vía Láctea agotaría su gas en un enorme y breve estallido de formación, pero gracias a ellas sigue formando estrellas lentamente desde hace miles de millones de años.

Para las estrellas como el Sol, el procedimiento lo conocemos bien a grandes rasgos, es más fácil de ver con telescopios. Sabemos que nubes de un cierto tamaño, en torno a los 3-30 años luz, se transforman en fragmentos con tamaños en torno a unas 10.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Ocurre en entornos muy fríos, quizás con turbulencia, y vórtices donde se va concentrando el material, lugares que se van haciendo más y más densos. Hacía allí cae la masa. No solo hay uno, hay muchos, y a medida que el material que viene de lejos se va acercando al centro, al punto de colapso, o al borde donde está apretando, lleva asociada cierta velocidad de rotación que aumenta a medida que nos acercamos al centro. Es precisamente esa conservación del momento angular la que da lugar a la formación de un disco que cumple dos funciones: por un lado, alimenta a la estrella de material para que pueda seguir creciendo y por otro es esa misma estructura asociada a la formación de la estrella misma la que permite que se formen los planetas.

¿Qué es lo que hace que se encienda la chispa? La condición para que las consideremos como tales y que las llamemos estrellas, es que en un momento dado sean capaces de encender reacciones de fusión nuclear en su interior. Es entonces cuando la protoestrella se convierte en estrella. Algunas fallan, es verdad, las muy pequeñas que no son ni una cosa ni la otra, ni estrella ni planeta: las enanas marrones.

Con el tiempo y la gravedad las estrellas explotarán en forma de supernova, colapsarán como estrellas de neutrones, enanas blancas e incluso agujeros negros. Pero antes de eso, y por muy increíble que pueda parecer, para formar las estructuras más calientes, el universo necesita simplemente frío. Y frío ahí fuera hay todo el que queramos.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología, y Eva Villaver, Directora de la Oficina Espacio y Sociedad de la Agencia Espacial Española, y profesora de Investigación del Instituto de Astrofísica de Canarias.

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