Estrellas vivitas y coleando

Existe un romántico mito en astronomía que afirma que las estrellas que vemos en el cielo ya podrían haber muerto. Se repite en textos académicos, podcasts y programas de radio, en respetables documentales y no falta, a veces incluso, en discursos motivacionales. Lamentablemente o afortunadamente este mito es falso. Todas las estrellas visibles a simple vista en el cielo están vivitas y coleando .

Nu Cefei
Nu Cefei es la estrella más lejana visible a simple vista. Su distancia es de aproximadamente 6750 años-luz, es decir, la luz de esta estrella salió cuando estaban construyéndose las primeras ciudades en la Tierra; estamos viendo en está imagen el pasado de la estrella. Crédito: VizieR/Aladdin.

Hace un par de años, en medio de una clase de Astronomía dirigida a estudiantes de todos los programas académicos de la Universidad de Antioquia (en Medellín, Colombia), surgió entre los estudiantes una pregunta que es infaltable en este tipo de cursos, y que creo se repite también en muchas conversaciones espontáneas o académicas sobre el cielo: “¿es cierto que algunas de las estrellas que vemos en el cielo podrían haber muerto ya?».

En aquella ocasión, agradecí para mis adentros que el estudiante planteara la cuestión en forma de pregunta en lugar de hacerlo, como se acostumbra, como una afirmación que busca agregar un toque mágico o romántico a una conversación científica sobre las estrellas.

Mi respuesta categórica a la pregunta del estudiante en aquel entonces fue un rotundo no.  Respuesta a la que pude haber agregado: todas las estrellas que vemos en el cielo están vivitas y coleando.

La cara de sorpresa entre algunas de las personas asistentes a la clase fue evidente. Para algunas de esas personas estaba aniquilando uno de los mitos más difundidos de la astronomía. Para otras, a juzgar por los rostros de escepticismo, que recuerdo bien todavía, se trataba seguramente de un error cometido por un profesor de astronomía en medio de una clase al final de un agotador día de trabajo.

Cuando terminé la clase una estudiante se acercó con afán para mostrarme su teléfono móvil. Antes de ponerme algo en la pantalla me pregunto con alguna picardía: «¡profe!, ¿usted confía plenamente en la serie Cosmos?» Con la misma seguridad que había respondido antes, dije “sí, por supuesto”.

La estudiante se refería a “Cosmos: una odisea de tiempo y espacio”, una de las mejores series documentales de astronomía grabadas en nuestro tiempo. La serie fue escrita, dirigida y producida por Ann Druyan, quién fuera también escritora, junto con el mítico Carl Sagan, de la serie Cosmos de los años 80 que tantos recordamos. ¿Cómo no confiar en ella?

A continuación, la estudiante puso a rodar en la pantalla de su móvil un aparte de uno de los episodios. En la escena que reprodujo se mostraba una hipotética conversación —representada bellamente con dibujos animados, al mejor estilo de esta fantástica serie— en la que un envejecido William Herschel —el mítico astrónomo-músico de los 1800 que descubrió, junto a su hermana Caroline Herschel, el planeta Urano— le explicaba a su hijo, John Herschel —que también se convertiría en un afamado astrónomo—, y con la seguridad que solo puede dar la experiencia de un astrónomo de su altura, que las estrellas que veía en el cielo posiblemente habían muerto hacía tiempo.

Un poco avergonzado por mi confianza ciega en una serie documental que me gusta mucho, tuve que admitir ante los estudiantes que incluso a Ann Druyan se le había ido la mano en lo romántica.

Años después, la pregunta, cuando no la afirmación, sigue saliendo en clases y conversaciones espontáneas y yo todavía sigo tratando de aclarar este malentendido. Así que permítanme dejarlo bien claro: ninguna de las estrellas que vemos en el cielo ha muerto todavía o lo va a hacer en las próximas semanas e incluso ni siquiera en el milenio venidero.

En lo que resta de esta columna, espero explicar porqué afirmo esto con tanta seguridad. En el mejor de los casos, espero que algunas personas que la lean sepan además explicarlo a otras personas, de modo que este extendido mito se aclare y pasemos a maravillarnos con otras cosas.

Cuestión de distancias

Para comenzar, precisemos mejor la expresión «las estrellas que vemos en el cielo»

Creo que para nadie es un secreto que las estrellas que alcanzamos a percibir en una noche despejada, o mejor, las que logramos distinguir como estrellas individuales —resolver sería el término científico más preciso— son una pequeñísima fracción de la totalidad de las estrellas que pueblan la Vía Láctea, es decir, la familia de más de 200.000 millones de estrellas en la que está afincada el Sol.

Por muchas que parezcan, el número total de estrellas visibles a simple vista (en el lugar más oscuro de la Tierra) es exactamente 9.096 estrellas[2]. Ni una más, ni una menos.

Es increíble comprobar lo extraño que resulta esto para la mayoría. Hagan una encuesta espontánea entre familiares y amigos y descubrirán como ante la pregunta de “¿cuántas estrellas crees que se pueden ver a simple vista en el cielo?”, la respuesta casi nunca, si acaso, bajará de unas decenas de miles, unos centenares de miles, incluso algunos millones de ellas.

Vía Láctea
En esta increíble imagen tomada con una lente de ojo de pescado puede verse el brillo lechoso de la Vía Láctea (franja rojiza a la derecha) formada por la suma de la luz de miles de millones de estrellas. También puede verse hacia el centro un punto alargado y borroso que no es más que la Galaxia de Andrómeda y que tiene casi 1 billón de estrellas. En ambos casos, sin embargo, nuestros ojos no pueden distinguir estrellas individuales. Foto: Daniel López IAC.

Es cierto que podemos ver muchas más estrellas amalgamadas en el brillo lechoso de la Vía Láctea, en el manchón difícilmente reconocible por la mayoría de las Nubes de Magallanes o en la Galaxia de Andrómeda. Pero en todos estos casos, para el ojo humano, es imposible individualizar (resolver) una sola estrella de esos manchones nebulosos. Así que esas miles de millones o billones de estrellas no cuentan en esta historia.

Ahora bien, de las estrellas que podemos individualizar en el cielo —que ya dijimos no superan las 10.000—, el 98% están localizadas a una distancia menor a 3.500 años-luz. Recordemos que 1 año-luz, a pesar de su nombre, es una medida de distancia: la distancia recorrida por un rayo de luz viajando en el vacío del espacio por un año entero. En plata blanca, esto equivale a cerca de 10 millones de millones de kilómetros.

Número de estrellas visibles a simple vista
Número de estrellas visibles a simple vista (magnitud aparente menor a +6.5) como función de la distancia. Se ha graficado únicamente hasta una distancia que contiene el 98% de las estrellas. Figura del autor realizada con los datos del catálogo https://github.com/seap-udea/MontuCatalogue también del autor.

Todo lo anterior significa, y esto sí es maravilloso, que la luz del 98% de las estrellas visibles a simple vista en el cielo salió desde su superficie en un momento que está entre hace un par de años hasta un tiempo no más lejano que la construcción de las grandes pirámides de Egipto. La observación del cielo es una verdadera máquina del tiempo.

A mi me gusta contarlo al revés.

Si una civilización tecnológica observara  la Tierra desde los alrededores de la estrella Antares, y lo hiciera con una tecnología telescópica de poder desconocido, posiblemente estaría viendo, hoy mismo, el desembarco de Cristóbal Colón en una playa de la isla Guanahani en el Caribe hace poco más de 530 años. ¡Fascinante! ¿no?

Volviendo al hilo de la columna, aunque es difícil decirlo a ciencia cierta, la estrella más lejana visible a simple vista es Nu Cefei[3], una supergigante blanca localizada en la constelación de Cefeo y que se encuentra a la medio bicoca de 6.750 años-luz de distancia.

Es cierto que otros objetos estelares más exóticos tales como sistemas binarios de estrellas muy pesadas como Eta Carinae, o estrellas novas y supernovas, todos ellos situados a distancias mucho mayores, podrían verse a simple vista, algunos tan solo por un par de semanas o incluso algunos meses. Sin embargo, esos objetos o bien son muy raros o en ninguno de ellos se puede individualizar una sola estrella.

En conclusión, la observación del cielo nos permite viajar hacia atrás en el tiempo, de eso no hay duda, pero, por lo menos en el caso de las estrellas visibles a simple vista, lo máximo que podemos ir atrás es entre 3.500 y 6.800 años.

Las estrellas son muy longevas

Si bien lo comentado en el aparte anterior parecería confirmar el mito romántico de que vemos a las estrellas como eran hace mucho tiempo y posiblemente algunas de ellas ya podrían haber muerto, un dato más nos falta para darle feliz sepultura a este mito.

Es cierto que para los humanos 3.000 o 7.000 años puede parecer mucho tiempo, la verdad es que estos tiempos representan tan solo un abrir y cerrar de ojos en la vida de la mayoría de las estrellas.

La “vida”[4] de una estrella, es decir, la etapa en la que es capaz de producir luz usando reacciones termonucleares, se puede dividir a grandes rasgos en tres etapas principales:

  • La juventud o fase de pre secuencia principal. En esta etapa la estrella “recién” nacida se acomoda gravitacionalmente después de una turbulenta formación. Este período de la vida de la estrella es relativamente corto para los estándares estelares: toma entre un par de miles de años, para estrellas masivas como Nu Cefei, hasta un centenar de millones de años en el caso de estrellas livianas como Proxima Centauri (la estrella más cercana al sistema solar).
  • La madurez o fase de secuencia principal. Esta es la etapa más prolongada en la vida de una estrella. Durante este período de su vida las estrellas obtienen su energía de la fusión del elemento hidrógeno. Esta fase tiene una duración que oscila entre 1 millón de años para estrellas supermasivas hasta 3 billones de años (sí, como lo lee, ¡3 millones de millones de años!) en el caso de estrellas muy livianas. Para el Sol, la madurez tomará un total de 7.000 millones de años, de los cuáles ya han transcurrido unos 4.600 millones de años. El Sol es una estrella en la plenitud de su madurez.
  • La vejez o fase de post secuencia principal. Una vez el hidrógeno se ha agotado en el centro de la estrella, sobreviene una crisis energética que produce cambios significativos en su estructura y apariencia. La duración de esta última fase de la vida  de la estrella puede oscilar entre muchos miles de millones de años (en el caso del Sol tomará aproximadamente 5.000 millones de años y comenzará en unos 2.500 millones de años en el futuro) y unos 50.000 años en el caso de las estrellas más masivas que vemos en el cielo. Esta fase de su vida termina cuando las estrellas expulsan su envoltura (de forma violenta o tranquila), dejando al descubierto un minúsculo e invisible centro denso (con un tamaño de entre una ciudad grande y un planeta como la Tierra). Cuando esto sucede decimos que la estrella ha “muerto”.
El tiempo de vida de las estrellas
El tiempo de vida de las estrellas (eje horizontal) como función de la masa de las mismas (eje vertical). Figura por: Martin Silvertant.

 

Como vemos, los tiempos de cada una de las etapas de vida de las estrellas nunca son menores que varias decenas de miles de años. Lo más normal es que incluso superen algunos millones de años.

En conclusión, para las longevas estrellas, 3.500 o 7.000 años —que son las distancias a las que están las estrellas más lejanas visibles a simple vista— son un abrir y cerrar de ojos en sus dilatadas existencias. Así pues, es increíblemente improbable que cuando miramos al cielo, pesquemos a una estrella que está pasando, por casualidad, por los últimos cientos o miles de años de su vida.

Ver a una estrella en el cielo que haya muerto para el momento en que la estamos mirando, es casi imposible.

El mito ha muerto.

¿O no?

La lotería estelar

El tiempo que le toma a una estrella morir se reduce considerablemente al aumentar su masa. Así por ejemplo, una estrella como Betelgeuse (una de las más brillante de la constelación de Orión y del cielo en general), que se estima tiene unas 20 veces la masa del Sol, las etapas finales de su vida (desde el fin de la fusión del hidrógeno hasta explotar como una supernova) duran alrededor de 130.000 años.

Observando su brillo variable, rotación y la cantidad de masa que está perdiendo actualmente, los astrofísicos han estimado que a Betelgeuse le faltan poco menos de 100.000 años para estallar como una supernova[5]. De hacerlo, se convertiría en el objeto más brillante del cielo después del Sol. Pero Betelgeuse se encuentra apenas a 650 años-luz del sistema solar y por lo tanto la imagen que percibimos de ella está atrasada poco menos de un 1% del tiempo que le resta para morir.

De modo que podemos tranquilizarnos; Betelgeuse todavía está vivita y coleando[6].

La gigante de Orión, sin embargo, no es la estrella más masiva visible a simple vista. Este honor le pertenece a la menos popular Z1 Sco (Zeta-1 Scorpii), una hipergigante azul en la constelación del Escorpión que tiene una masa cifrada en unas 60 veces la masa del Sol lo que la convierte en una de las estrellas más masivas de la Galaxia. Si una estrella podría haber muerto mientras la observamos, podría ser esta. Pero no, tampoco.

A diferencia de Betelgeuse, Z1 Sco tiene una temperatura superficial que la sitúa todavía en la fase de madurez o a lo sumo saliendo de ella. Esto implica que si mañana Z1 Sco empezará a fusionar el helio (la segunda fuente de energía nuclear que usan las estrellas después de agotar el hidrógeno), su vida terminaría en unos 30.000 años. Este tiempo es, sin embargo, casi 5 veces mayor que su distancia al sistema solar (unos 6.000 años-luz).

La estrella Z1 Sco (Zeta-1 Scorpii),
La estrella Z1 Sco (Zeta-1 Scorpii), que es visible a simple vista, es una de las estrellas más masivas de la galaxia. Aún así, todavía le restan más de 30.000 años de vida, una cifra que es casi 4 veces mayor a su distancia en años-luz. Crédito: Aladin/VizieR

De modo que ni siquiera una de las estrellas más masivas del cielo morirá en los próximos 7.000 años.

Pero, de nuevo ¿podríamos ser tan suertudos de estar presenciando justo ahora los últimos miles de años de la vida de una estrella masiva e incluso una bastante normal, sin habernos percatado hasta ahora?

No es imposible pero créanme, lo habríamos notado.

Durante los últimos estertores de muerte y en las etapas anteriores a la desintegración o la explosión de una supernova, las estrellas expulsan enormes cantidades de masa al espacio. Las estrellas en esta fase de su vida se conocen como objetos Wolf-Rayet.

¿Podría haber algún objeto Wolf-Rayet visible a simple vista?

Pues resulta que sí. La estrella Gamma Velorum, la cuarta más brillante de la constelación de la Vela, es en realidad un sistema de cuatro estrellas, una de las cuales es un objeto Wolf-Rayet.

Se estima que cuando esta estrella nació, tenía alrededor de 35 masas solares; hoy tiene apenas 9. La estrella está perdiendo su envoltura a un ritmo de 10 masas terrestres por año (10 veces más de lo que pierde Betelgeuse en el mismo tiempo) y se sabe que explotará como una supernova en un tiempo no superior a unas decenas de miles de años.

Pero incluso la estrella más frágil visible a simple vista se encuentra a una distancia más de diez veces menor que el tiempo que le falta para morir. Gamma Velorum se está desintegrando delante de nuestros ojos, pero como pasa con Nu Cefei, Betelgeuse y Z1 Scorpii, incluso este proyecto de supernova, está vivito y coleando.

Imagen del telescopio espacial Hubble de la nebulosa M1-67 alrededor de la estrella Wolf-Rayet WR124
Imagen del telescopio espacial Hubble de la nebulosa M1-67 alrededor de la estrella Wolf-Rayet WR124. La nebulosa está formada por la masa expulsada por la estrella en las últimas fases de su vida. Afortunadamente, WR124 está a más de 15.000 años-luz del sistema solar y no es visible a simple vista. Crédito: ESA/Hubble

 

 

Referencias

[1] Una versión anterior de esta columna apareció en el año 2017 en el espacio de SciLogs de la desaparecida revista Investigación y Ciencia. Por razones desconocidas, la editorial Springer deshabilitó el sitio web de la revista que hospedaba más de 10.000 artículos divulgativos en ciencias escritos en castellano, así como más de 1.000 columnas científicas como está, que desaparecieron de las redes sin dejar rastro. Esta es una versión revisada, corregida, ampliada y actualizada de la columna original.

[2] Para un artículo sobre este particular lean esta columna en la reconocida revista “Sky & Telescope”: https://skyandtelescope.org/astronomy-blogs/how-many-stars-night-sky-09172014/. Es obvio que no en todos los lugares de la Tierra podemos ver 9096 estrellas (o aproximadamente la mitad, porque la otra mitad estarán en cada instante debajo del horizonte). Las nubes, la contaminación lumínica o las limitaciones visuales hacen que en una noche típica solo podamos percibir una fracción pequeña de ese total.

[3] El nombre de muchas estrellas en el cielo se define con base en el nombre de la constelación a la que pertenecen, es decir del área del firmamento en la que están. En el caso particular de Nu Cefei, una de las estrellas más brillantes de la constelación de Cefeo, el “Nu” no es una especie de pronombre cariñoso, sino el nombre de la decimotercera letra del alfabeto griego. En el sistema que asigna nombres a las estrellas con letras griegas esto indica que la estrella es también la decimotercera en orden de brillo de aquella constelación. Antares, por otro lado, es también llamada Alfa Scorpii, es decir, la estrella más brillante de la constelación del escorpión. Este útil sistema de nombrado, que fue inventado por el astrónomo Johann Bayer en los 1.600 describe pues, con el nombre, dos características de la estrella: su brillo relativo y ubicación.

[4] Naturalmente, hablar de “vida” o “muerte” en las estrellas es una forma de extrapolar groseramente una propiedad que solo tienen los organismos vivos. Tal vez deberíamos pensar en referirnos a “encendido” y “apagado” de las estrellas, pero esa es harina de otro costal.

[5] Para un estudio riguroso del tiempo que podría tomarle a Betelgeuse explotar como una supernova, un tema de activa investigación, pueden leer el artículo de revisión, “Betelgeuse: a review” de J. Craig Wheeler y Emmanouil Chatzopoulos, disponible en línea aquí https://academic.oup.com/astrogeo/article/64/3/3.11/7160552.

[6] Estudios recientes de la variación del brillo de la estrella han llegado a afirmar que el tiempo que podría restar para la explosión es de sólo unas décadas, lo que convertiría a esta estrella en la única visible a simple vista que estaríamos viendo pero ya está muerta. Lamentablemente, análisis independientes no han podido confirmar este resultado y sigue siendo aceptado en la comunidad que a Betelgeuse posiblemente le faltan todavía muchos milenios para explotar como una Supernova. Para detalles ver Saio, H., Nandal, D., Meynet, G., & Ekstöm, S. (2023). The evolutionary stage of Betelgeuse inferred from its pulsation periods. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 526(2), 2765-2775, disponible en línea en: https://academic.oup.com/mnras/article/526/2/2765/7286655.

Jorge Zuluaga.
Jorge Zuluaga.

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