Qué es una estrella: definición, fusión nuclear, ejemplos (Sol) y tipos
Una estrella es una bola muy grande de materia caliente brillante en el espacio. Esa materia se llama plasma. Las estrellas se mantienen unidas por la gravedad. Emiten calor y luz porque están muy calientes.
El Sol es una estrella situada en el centro del sistema solar.
La cantidad de material de una estrella (su masa) es tan grande que pone en marcha una reacción nuclear. La reacción transforma el hidrógeno en helio y desprende calor.
Las estrellas como el Sol están calientes porque esta reacción nuclear se produce en su interior. La reacción se llama fusión nuclear. La fusión nuclear produce luz y calor y genera elementos químicos más grandes. En el Sol (pero no en todas las estrellas) el cambio que se produce es la producción de helio, con cantidades mínimas (muy pequeñas) de elementos más pesados.
Las estrellas tienen mucho hidrógeno. La fusión nuclear transforma el hidrógeno en helio. La fusión produce mucha energía. La energía hace que la estrella se caliente mucho. La energía producida por las estrellas se aleja (irradia) de ellas. Gran parte de la energía se va en forma de luz. El resto se va como otros tipos de radiación electromagnética.
Cuando una estrella como el Sol envejezca, aumentará de tamaño y se convertirá en una estrella gigante roja. Eso ocurrirá dentro de unos mil millones de años (109 años).
Estructura interna de una estrella
Una estrella típica tiene varias capas con funciones distintas:
- Núcleo: zona central donde la fusión nuclear convierte hidrógeno en helio (u otros elementos en fases avanzadas). Aquí se genera la mayor parte de la energía.
- Zona radiativa: la energía viaja hacia fuera principalmente en forma de radiación (fotones) que se absorben y reemiten muchas veces.
- Zona convectiva: en estrellas más frías o externas la energía se transporta por convección, con movimientos de materia caliente hacia la superficie y de material frío hacia el interior.
- Fotosfera: "superficie" visible de la estrella; de aquí proviene la mayor parte de la luz que vemos.
- Cromosfera y corona: capas superiores de la atmósfera estelar; la corona puede estar a temperaturas mucho más altas que la fotosfera y es la fuente del viento estelar.
Cómo nace una estrella
Las estrellas se forman en nubes frías de gas y polvo llamadas nubes moleculares. Pequeñas regiones de la nube colapsan por su propia gravedad, formando un protostrella. A medida que la protostrella acumula masa y aumenta la presión y la temperatura en su núcleo, se alcanza el punto en que comienzan las reacciones de fusión: nace una estrella en la secuencia principal.
Tipos de fusión nuclear
Existen varios procesos de fusión según la masa y temperatura de la estrella:
- Cadena protón-protón: dominante en estrellas de masa baja y media (como el Sol); convierte hidrógeno en helio lentamente.
- Ciclo CNO: (carbono-nitrógeno-oxígeno) domina en estrellas más masivas y más calientes; utiliza núcleos de elementos pesados como catalizadores para transformar hidrógeno en helio.
- Fusión avanzada: en estrellas muy masivas, después de agotar el hidrógeno, se fusionan helio, carbono, neon, oxígeno y silicio hasta formar hierro en el núcleo; estos procesos crean muchos elementos más pesados.
Ciclo de vida de una estrella según su masa
La masa es la propiedad que más influencia tiene en la vida de una estrella. Resumen general:
- Estrellas de baja masa (≤ 0,8 masas solares): muy longevas (decenas a cientos de miles de millones de años); terminan como enanas blancas tras expulsar sus capas externas.
- Estrellas de masa similar al Sol (~1 masa solar): viven varios miles de millones de años en la secuencia principal. Al agotar su hidrógeno se expanden como gigante roja, expulsan una nebulosa planetaria y quedan como enana blanca.
- Estrellas de alta masa (≥ 8 masas solares): tienen vidas breves (millones de años). Pueden terminar en explosiones de supernova y dejar una estrella de neutrones o un agujero negro; en estas explosiones se sintetizan y dispersan muchos elementos pesados.
Resultado final y elementos químicos
La fusión en las estrellas produce elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Elementos hasta el hierro se forman en el interior de estrellas masivas; los elementos más pesados (oro, uranio, etc.) se forman principalmente durante supernovas o en fusiones de estrellas de neutrones. De esta manera, las estrellas son responsables de la mayor parte de los elementos químicos que existen en el universo y en los que estamos hechos.
Tipos y clasificación observacional
Las estrellas se clasifican por su espectro y temperatura en los tipos O, B, A, F, G, K, M (de más calientes a más frías). A su vez se usan clases de luminosidad (enanas, gigantes, supergigantes). Otros tipos importantes son:
- Estrellas variables: cambian su brillo con el tiempo (p. ej., las célebres Cefeidas).
- Sistemas binarios o múltiples: muchas estrellas forman pares o sistemas múltiples; las interacciones en estos sistemas afectan su evolución.
- Púlsares: estrellas de neutrones que emiten pulsos de radio/microondas por su rotación rápida y campos magnéticos intensos.
El Sol como ejemplo
El Sol es una estrella tipo G (G2V) de secuencia principal con las siguientes características aproximadas: masa ~1 masa solar, radio ~696.000 km, temperatura superficial ≈ 5.778 K y edad ≈ 4.6 × 109 años. Su energía proviene principalmente de la cadena protón-protón. La radiación y el viento solar influyen en el sistema solar y en la habitabilidad de la Tierra.
Nota importante: el párrafo original decía que el Sol se convertirá en gigante roja dentro de "unos mil millones de años (109 años)". Las estimaciones modernas indican que esto ocurrirá dentro de unos ≈5 000 millones de años (≈5 × 109 años). Por tanto, el proceso de envejecimiento del Sol ocurrirá en un plazo mayor al indicado en la versión inicial.
Cómo observamos y medimos las estrellas
Los astrónomos estudian las estrellas mediante:
- Espectroscopía: para obtener composición química, temperatura, velocidad radial y gravedad superficial.
- Fotometría: para medir brillo y variaciones en el tiempo.
- Paralaje y cinemática: para calcular distancias y movimientos.
- Telescopios en distintas longitudes de onda: óptico, infrarrojo, ultravioleta, rayos X y radio para estudiar diferentes capas y fenómenos (manchas, erupciones, vientos, remanentes de supernova).
Resumen
Una estrella es una enorme esfera de plasma mantenida por la gravedad y que brilla por la energía liberada en reacciones de fusión nuclear. Su masa determina su temperatura, luminosidad y evolución: desde largas vidas tranquilas como enanas blancas hasta vidas fugaces y explosivas que generan supernovas, formando y distribuyendo los elementos químicos del universo. El Sol es un ejemplo cercano que nos permite entender muchos de estos procesos.
La nebulosa del Cangrejo, restos de una supernova que se vio por primera vez alrededor del año 1050
El cúmulo estelar abierto Pismis 24 se encuentra en la nebulosa NGC 6357. Cuenta con algunas de las estrellas más grandes conocidas. Pismis 24-1 tiene casi 300 veces la masa del Sol. Es un sistema múltiple de al menos tres estrellas. Las extrañas formas que adoptan las nubes son el resultado de la gran radiación que emiten estas enormes y calientes estrellas. Esta imagen combina datos de imágenes con tres filtros diferentes en luz visible del telescopio danés de 1,5 metros del Observatorio La Silla de la ESO en Chile.
Una región de formación estelar en la Gran Nube de Magallanes. Imagen de la NASA/ESA
El Sol de la Tierra
La estrella más cercana a la Tierra es el Sol. La energía del Sol sustenta casi toda la vida en la Tierra al proporcionar luz a las plantas. Las plantas convierten la luz en energía en un proceso llamado fotosíntesis. La energía del Sol también provoca el clima y la humedad en la Tierra.
Podemos ver otras estrellas en el cielo nocturno cuando el Sol se pone. Al igual que el Sol, están hechas principalmente de hidrógeno y un poco de helio, además de otros elementos. Los astrónomos suelen comparar esas otras estrellas con el Sol. Por ejemplo, su masa se da en masas solares. Una estrella pequeña puede tener 0,2 masas solares, una grande 4,0 masas solares.
Planetas
La Tierra y otros planetas se mueven alrededor (orbitan) del Sol. El Sol y todas las cosas que orbitan alrededor del Sol se llaman Sistema Solar. Muchas otras estrellas tienen planetas que las orbitan: esos planetas se llaman exoplanetas. Si usted estuviera en un exoplaneta, nuestro Sol se vería como una estrella en el cielo, pero no podría ver la Tierra porque estaría demasiado lejos.
Números, distancias
Próxima Centauri es la estrella más cercana a nuestro Sol. Se encuentra a 39,9 billones de kilómetros. Esto supone una distancia de 4,2 años luz. Esto significa que la luz de Próxima Centauri tarda 4,2 años en llegar a la Tierra.
Los astrónomos creen que hay un número muy grande de estrellas en el Universo. El Universo observable contiene más de 2 billones (1012 ) de galaxias y, en conjunto, hasta un número estimado de 1×1024 estrellas (más estrellas que todos los granos de arena del planeta Tierra). Es decir, 1.000.000.000.000.000.000 de estrellas, que es muchas veces más que los pocos cientos de miles de millones de estrellas de la Vía Láctea (nuestra galaxia).
La mayoría de las estrellas son muy antiguas. Normalmente se cree que tienen entre 1.000 y 10.000 millones de años. Las estrellas más antiguas tienen 13.700 millones de años. Eso es tan antiguo como el Universo. Algunas estrellas jóvenes sólo tienen unos pocos millones de años. Las estrellas jóvenes son en su mayoría más brillantes que las viejas.
Las estrellas tienen diferentes tamaños. Las más pequeñas son las estrellas de neutrones, que en realidad son estrellas muertas. No son más grandes que una ciudad. Una estrella de neutrones tiene una gran cantidad de masa en un espacio muy pequeño.
Las estrellas hipergigantes son las más grandes del Universo. Tienen un diámetro más de 1.500 veces mayor que el del Sol. Si el Sol fuera una estrella hipergigante, llegaría hasta Júpiter.
La estrella Betelgeuse es una estrella supergigante roja. Aunque estas estrellas son muy grandes, también tienen una baja densidad.
Algunas estrellas parecen más brillantes que otras. Esta diferencia se mide en términos de magnitud aparente. Hay dos razones por las que las estrellas tienen una magnitud aparente diferente. Si una estrella está muy cerca de nosotros, parecerá mucho más brillante. Esto es como una vela. Una vela que está cerca de nosotros parece más brillante. La otra razón por la que una estrella puede parecer más brillante es que está más caliente que otra estrella más fría.
Las estrellas emiten luz, pero también emiten un viento solar y neutrinos. Éstos son partículas de materia muy pequeñas.
Las estrellas están hechas de masa y la masa hace la gravedad. La gravedad hace que los planetas orbiten alrededor de las estrellas. Por eso la Tierra orbita alrededor del Sol. La gravedad de dos estrellas puede hacer que giren una alrededor de la otra. Las estrellas que orbitan entre sí se llaman estrellas binarias. Los científicos creen que hay muchas estrellas binarias. Incluso hay grupos de tres o más estrellas que orbitan entre sí. Próxima Centauri es una pequeña estrella que orbita alrededor de otras estrellas.
Las estrellas no están repartidas uniformemente por todo el espacio. Se agrupan en galaxias. Una galaxia contiene cientos de miles de millones de estrellas.
Las estrellas tienen muchos tamaños. La estrella a la que orbita el planeta PSR B1257+12 B sólo mide 20 kilómetros, pero VY Canis Majoris tiene 2.800 millones de kilómetros.
Historia de la visión de las estrellas
Las estrellas han sido importantes para la gente de todo el mundo durante toda la historia. Las estrellas han formado parte de las prácticas religiosas. Hace mucho tiempo, la gente creía que las estrellas no podían morir nunca.
Los astrónomos organizaron las estrellas en grupos llamados constelaciones. Utilizaron las constelaciones para ayudarles a ver el movimiento de los planetas y para adivinar la posición del Sol. El movimiento del Sol y de las estrellas se utilizó para hacer calendarios. Los agricultores utilizaban los calendarios para decidir cuándo plantar los cultivos y cuándo cosecharlos.
La gente ha visto patrones en las estrellas desde hace mucho tiempo. Esta, de 1690, es la constelación de Leo el león, tal y como la imaginó Johannes Hevelius.
La vida de las estrellas
Las estrellas se forman en las nebulosas. Son zonas que tienen más gas que el espacio normal. El gas de una nebulosa es atraído por la gravedad. La nebulosa de Orión es un ejemplo de un lugar donde el gas se junta para formar estrellas.
Las estrellas pasan la mayor parte de su vida combinando (fusionando) hidrógeno con hidrógeno para producir energía. Cuando se fusiona el hidrógeno se produce helio y se obtiene mucha energía. Para fusionar el hidrógeno en helio debe estar muy caliente y la presión debe ser muy alta. La fusión se produce en el centro de las estrellas, llamado "núcleo".
Las estrellas más pequeñas (enanas rojas) fusionan su hidrógeno lentamente y viven durante 100.000 millones de años. Las enanas rojas viven más tiempo que cualquier otro tipo de estrella. Al final de su vida, se vuelven cada vez más débiles. Las enanas rojas no explotan.
Cuando las estrellas muy pesadas mueren, explotan. Esta explosión se llama supernova. Cuando una supernova se produce en una nebulosa, la explosión empuja el gas de la nebulosa. Esto hace que el gas de la nebulosa sea muy denso (espeso) . Tanto la gravedad como la explosión de estrellas ayudan a juntar el gas para crear nuevas estrellas en las nebulosas.
La mayoría de las estrellas agotan el hidrógeno de su núcleo. Cuando lo hacen, su núcleo se hace más pequeño y se calienta más. Se calienta tanto que empuja la parte exterior de la estrella. La parte exterior se expande y se convierte en una estrella gigante roja. Los astrofísicos creen que dentro de unos 5.000 millones de años el Sol será una gigante roja. Nuestro Sol será tan grande que se comerá la Tierra. Después de que nuestro Sol deje de utilizar hidrógeno para producir energía, utilizará helio en su núcleo muy caliente. Estará más caliente que cuando fusionaba hidrógeno. Las estrellas pesadas también fabricarán elementos más pesados que el helio. A medida que una estrella fabrica elementos cada vez más pesados, fabrica cada vez menos energía. El hierro es un elemento pesado que se fabrica en las estrellas pesadas.
Nuestra estrella es una estrella media. Las estrellas medias empujan sus gases exteriores. El gas que empuja forma una nube llamada nebulosa planetaria. La parte del núcleo de la estrella permanecerá. Será una bola tan grande como la Tierra y se llamará enana blanca. Se desvanecerá hasta convertirse en una enana negra durante mucho tiempo.
Más tarde, en las grandes estrellas, se producen elementos más pesados por fusión. Finalmente la estrella realiza una explosión de supernova. La mayoría de las cosas suceden en el universo tan lentamente que no nos damos cuenta. Pero las explosiones de supernova ocurren en sólo 100 segundos. Cuando una supernova explota su destello es tan brillante como el de 100.000 millones de estrellas. La estrella moribunda es tan brillante que puede verse durante el día. Supernova significa "estrella nueva" porque la gente solía pensar que era el comienzo de una nueva estrella. Hoy sabemos que una supernova es la muerte de una estrella vieja. El gas de la estrella es empujado por la explosión. Forma una nube gigante de gas llamada nebulosa planetaria. La nebulosa del cangrejo es un buen ejemplo. Todo lo que queda es una estrella de neutrones. Si la estrella era muy pesada, la estrella formará un agujero negro. La gravedad en un agujero negro es extremadamente fuerte. Es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro.
Los elementos más pesados se crean en la explosión de una supernova. Después de miles de millones de años flotando en el espacio, el gas y el polvo se unen para formar nuevas estrellas y nuevos planetas. Gran parte del gas y del polvo del espacio procede de las supernovas. Nuestro Sol, la Tierra y todos los seres vivos están hechos de polvo estelar.
Colores
Los astrónomos saben desde hace siglos que las estrellas tienen diferentes colores. Al observar el espectro electromagnético, las ondas ultravioletas son las más cortas y las infrarrojas las más largas. El espectro visible tiene longitudes de onda entre estos dos extremos.
Los instrumentos modernos pueden medir con gran precisión el color de una estrella. Esto permite a los astrónomos determinar la temperatura de esa estrella, porque la radiación del cuerpo negro de una estrella más caliente tiene longitudes de onda más cortas. Las estrellas más calientes son azules y violetas, luego blancas, después amarillas y las más frías son rojas. Conociendo el color y la magnitud absoluta, los astrónomos pueden situar la estrella en el diagrama de Hertzsprung-Russell, y estimar su zona habitable y otros datos sobre ella.
Por ejemplo, nuestro Sol es blanco y la Tierra está a la distancia perfecta para la vida. Sin embargo, si nuestro Sol fuera una estrella azul más caliente, la Tierra tendría que estar mucho más lejos o, de lo contrario, sería demasiado caliente para tener agua y mantener la vida.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es una estrella?
R: Una estrella es una bola muy grande de materia caliente brillante en el espacio, formada por plasma, que se mantiene unida por la gravedad.
P: ¿Cómo desprenden las estrellas calor y luz?
R: Las estrellas desprenden calor y luz porque están muy calientes debido a la reacción nuclear que tiene lugar en su interior.
P: ¿Qué tipo de reacción nuclear tiene lugar en el interior de las estrellas?
R: La reacción nuclear que tiene lugar en el interior de las estrellas se llama fusión nuclear, que transforma el hidrógeno en helio y produce energía en forma de luz y calor.
P: ¿Qué elementos se producen a partir de este proceso de fusión nuclear?
R: La fusión nuclear produce elementos químicos más grandes, como el helio, con cantidades mínimas de elementos más pesados.
P: ¿De qué elemento tiene mucho una estrella?
R: Las estrellas tienen mucho hidrógeno.
P: ¿Cómo se aleja la energía producida por las estrellas?
R: La energía producida por las estrellas se aleja de ellas en forma de radiación electromagnética, incluida la luz.
P: ¿Qué le ocurrirá al Sol cuando envejezca?
R: Cuando el Sol envejezca aumentará su tamaño y se convertirá en una estrella gigante roja, lo que ocurrirá dentro de unos mil millones de años (109 años).
