Estrellas pulsantes: un fenómeno espectacular

El fenómeno de la pulsación estelar es uno de los más llamativos y espectaculares que se detectan en las estrellas. En efecto, resulta sorprendente comprobar cómo la variación luminosa observada en una estrella se repite, con una increíble precisión, a intervalos regulares de tiempo. Estos intervalos de tiempo, por otra parte, pueden ser muy diferentes, según la clase de estrellas de que se trate. Así, podemos encontrar desde estrellas con una pulsación realmente rápida (repiten su cielo con una periodicidad de hasta una hora), hasta otras cuya pulsación es mucho más lenta (repiten su ciclo con periodicidades de varios años). Asimismo, existen otros muchos cambios incluso no periódicos en distintos parámetros Físicos estelares, cuya relación sería muy prolijo detallar aquí, y que resultan igualmente sorprendentes.Muchas de estas características se dan, en forma similar, en estrellas cuya variación no se debe a la pulsación, como es el caso de las binarias eclipsantes. Por esta razón, durante mucho tiempo se intentó explicar las variaciones luminosas observadas en este tipo de estrellas pulsantes como un efecto de sucesivos eclipses producidos por compañeras oscuras. Naturalmente, resultaba imposible elaborar modelos físicos adecuados en base a tales presunciones. El problema se comenzó a encauzar en forma apropiada a partir de 1923, gracias a los trabajos de Sir Arthur S. Eddington, quien estableció las bases físicas de los posibles mecanismos involucrados en los procesos de pulsación radial. En la actualidad, es posible medir las variaciones luminosas mediante el uso de fotómetros fotoeléctricos y, simultáneamente, realizar medidas de las velocidades de expansión y contracción que se producen en las capas superficiales de la estrella durante cada ciclo. Tales tipos de trabajo han sido realizados simultáneamente por nosotros desde dos estaciones próximas: Sierra Nevada, donde se han hecho los trabajos de fotometría, y Calar Alto, donde se han obtenido las velocidades radiales a partir de medidas espectroscópicas.

Mecanismos de la pulsación

El mecanismo físico responsable de la pulsación estelar ha sido muy controvertido. En esencia, se trataba de encontrar una forma válida para que la atmósfera de la estrella realizara una expansión radial seguida de una compresión posterior. Para ello, la totalidad de la atmósfera estelar debería realizar un trabajo positivo sobre el resto del gas estelar -de forma que en virtud del mismo pudieran producirse oscilaciones-, lo que solamente podía ocurrir en el caso de que dicha atmósfera absorbiera una cantidad neta de calor, según se deniva del primer principio de la termodinámica. La forma en que se debería llevar a cabo esa absorción de calor para que fuese efectiva estaría regulada por el segundo principio de la termodinámica, de manera que, en el proceso cíclico que nos ocupa, el calor previamente absorbido debe ser parcialmente devuelto. Es decir, si ha de realizarse un trabajo positivo sobre el medio, ha de absorberse calor cuando la temperatura crece y cederlo cuando disminuye.

Con estas ideas como base, Eddington sugirió dos principios capaces de actuar en una atmósfera estelar: el mecanismo de energía nucleary el mecanismo de válvula.

En el mecanismo de energía nuclear, la velocidad de las reacciones nucleares resulta ser directamente proporcional a la densidad y a la temperatura. Por tanto, en una pulsación central es de esperar que se libre calor durante la compresión. Pero aunque el ritmo de producción de reacciones nucleares pueda ser el adecuado para producir oscilaciones, la magnitud del efecto es mucho menor, ya que es necesario atravesar la región disipativa, que rodea la. parte central de la estrella en la que se producen las reacciones nucleares. Por ello, resulta inadecuado para poder explicar un fenómeno de oscilación permanente como el que las estrellas pulsantes, aunque sí que sería capaz de originar una oscilación amortiguada.

En cuanto al mecanismo de válvula, necesitaremos (que el propio material estelar sea capaz de producir una modulación adecuada del flujo de energía radiante.

En realidad este principio es similar al que utiliza un motor de explosión en el que el calor lo proporciona la combustión de la gasolina durante la fase en la que el gas se calienta por medio de la compresión, siendo liberado parcialmente con posterioridad, mientras el gas se enfría merced a la expansión.

Modelos estelares

Por supuesto, la analogía con el motor de explosión no es total. El modo ordinario de hacer funcionar un motor es variar el suministro de calor, aumentándolo durante la compresión y disminuyéndolo durante la expansión. Pero podríamos obtener el mismo resultado suponiendo un suministro continuo de calor y liaciendo que fuesen las pérdidas las que variasen, es decir, deteniendo la fuga durante la compresión y aumentándola durante la expansión. Al aplicar este procedimiento a la atmósfera estelar, convendríamos en que el suministro de calor sería proporcionado por la fracción de energía que atravesara la zona disipativa de la estrella, procedente de las reacciones nucleares que tienen lugar en su interior. Por otra parte, debe existir un procedimiento capaz de actuar como válvula en la propia atmósféra estelar, de forma que ésta se haga más transparente al calor cuando la estrella se expande -lo que facilita la fuga- que cuando se comprime -lo que detendría la fuga- En otras palabras, la opacidad de la estrella, debe aumentar con la compresión.

Con este mecanismo como base se ha podido llegar en la actualidad a disponer de modelos estelares, que reproducen con bastante exactitud las condiciones físicas inferidas de las observaciones. En este sentido. los trabajos de R. F. Christy, J. Cox., N. Baker, R. Kippenhahn, y otros, han suministrado modelos muy adecuados de este tipo de fenómenos estelares. Bien es verdad que para ello ha sido necesario disponer no sólo de grandes ordenadores, sino también de complejos procesos matemáticos capaces de reducir la evolución de una estrella de este tipo a sus estadios más característicos con el fin de comprobar la estabilidad de las oscilaciones así producidas.

De esta forma, es posible hoy explicar fenómenos tan complejos como las muItiperiodicidad es, modulaciones de la periodicidad, deformaciones de las curvas de luz, etcétera, que están siendo observados desde hace poco tiempo merced al perfeccionamiento del instrumental de observación, tanto desde tierra como desde satélite.

Y aunque, sin duda, este tipo de trabajos resulta costoso, no es menos cierto que el interés que en sí mismo posee justifica los esfuerzos realizados, puesto que, en definitiva, este es uno de los campos de la ciencia donde en este momento es posible someter a prueba y perfeccionar las más avanzadas teorías físicas a un menor costo económico.