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“De gigante roja a enana blanca”, por Tomás Unger

Esta semana, Tomás Unger nos invita a conocer qué pasará con el Sol cuando se le agote el hidrógeno y, al no resistir la gravedad, empiece a colapsar

Ilustración: De gigante roja a enana blanca

El Sol: De gigante roja a enana blanca. (Ilustración: Raúl Rodríguez / El Comercio)

La semana pasada dimos una breve historia del Sol y terminamos con un comentario sobre su futuro. Actualmente el Sol está en la mitad de su vida como lo conocemos, y como lo describimos. Antes de cumplir otros 4.500 millones de años se comenzará a agotar el hidrógeno que le sirve de combustible nuclear. Esto hará que no pueda resistir la gravedad y comenzará a colapsar.

—EL HELIO—
Para entonces el núcleo del Sol será principalmente de helio, resultado de la fusión de átomos de hidrógeno durante 5 mil millones de años. En estrellas con 8 veces más masa, la presión será tal que el helio iniciará una reacción nuclear de fusión. En la fusión de helio se produce un flash de helio, equivalente a una gigantesca bomba nuclear que por algunos segundos libera tanta energía como toda la galaxia. Esta bomba atómica de helio y carbono forma un núcleo de carbono y oxígeno e inicia la expansión de la estrella. 

Las estrellas que tienen menos del doble de la masa del Sol no siguen colapsando y no alcanzan una temperatura de mil millones de grados para fusionar helio. En el caso del Sol, que no alcanza la masa para producir el ‘flash’, las capas exteriores de la estrella, de hidrógeno y helio, comienzan a expandirse. 

“En poco más de 10 mil millones de años el Sol pasará por varias etapas muy distintas”.

—LA GIGANTE ROJA—
Tras solo unas decenas de miles de años, estas capas alcanzan un radio de más de 100’000.000 de km, hasta más de 100 veces más que el radio original del Sol. Este crecimiento va acompañado de un aumento de luminosidad que supera más de mil veces la actual del Sol. Así el Sol se ha convertido en una estrella gigante roja. 

La atmósfera del Sol es tenue y, debido a su expansión, su temperatura ha bajado y su radiación ha pasado a ser roja. La superficie solo tiene unos cinco mil grados. Suficiente calor para hervir a todos los planetas interiores, incluida la Tierra. El Sol permanecerá como una gigante roja solo unos cientos de miles de años, al cabo de los cuales volverá a cambiar. 

—LA CONTRACCIÓN—
De acuerdo con la masa, las estrellas tienen diferentes destinos. Las que tienen más de diez veces la masa del Sol terminan en una supernova y colapsan para volverse una estrella de neutrones, las más grandes terminan siendo agujeros negros. Las que tienen entre un tercio y 8 veces la masa del Sol siguen el proceso descrito volviéndose gigantes rojas para luego reducirse a enanas. Este proceso comienza con la disipación de las capas exteriores. 

Todo este tiempo la gigante roja ha estado fusionando helio para formar carbono y oxígeno por un proceso que une tres núcleos de helio para formar un núcleo de carbono. Si la gigante roja no tiene suficiente masa para alcanzar mil millones de grados e iniciar una fusión nuclear, como es el caso del Sol, sigue acumulando carbono y oxígeno. Eventualmente deja escapar sus capas exteriores y va camino a convertirse en una enana blanca. Ese es el caso del 97% de las estrellas de la Vía Láctea. 

—TAMAÑO Y MASA—
Para entonces el Sol ha cumplido casi 10 mil millones de años, de los cuales ha pasado 9.000 tal como lo conocemos hoy. Ahora, habiendo terminado su etapa de gigante roja, se ha reducido a la misma masa de siempre, pero encogido al tamaño de la Tierra. En esta, su última etapa, el Sol ya no produce energía, tiene solo la que ha acumulado al encogerse e irradia luz blanca. 

“La atmósfera del Sol es tenue y, debido a su expansión, su temperatura ha bajado y su radiación es roja”.

La enana blanca más cercana a la Tierra es Sirio. Está a 8,6 años luz en el hemisferio sur y es la estrella más brillante del cielo. Está en la misma categoría que el Sol con el doble de su masa. Seguirá siendo la estrella más brillante por los próximos 210.000 años y, como se está acercando al Sistema Solar, aumentará su luminosidad en los próximos 60.000 años. 

El Sol, cuando sea enana blanca, tendrá el mismo diámetro de la Tierra, pero conservará su masa con una densidad incomparablemente mayor. Una enana blanca es lo más denso después del agujero negro y la estrella de neutrones. Cada centímetro cúbico pesa una tonelada, un litro pesa mil toneladas y un metro cúbico, un millón. 

Los otros dos son más densos. La estrella de neutrones, residuo de una supernova, es aun más densa. En un radio de 10 km contiene más del doble de la masa solar, un trozo del tamaño de una caja de fósforos pesaría 3.000 millones de toneladas. Una de las consecuencias es su velocidad de giro y su campo magnético, miles de millones de veces más fuerte que el de la Tierra. 

La velocidad de giro se debe a la conservación del momento al reducirse el diámetro. Así como un patinador acelera su giro recogiendo sus brazos, la estrella que reduce su diámetro de un millón y medio de km a 10 km acelera su rotación. Por eso los pulsares son estrellas de neutrones que dan hasta mil vueltas por segundo. Su fuertísimo campo magnético es una consecuencia de la velocidad del dínamo que lo genera. 

—EL FUTURO DE LA ENANA—
Como hemos visto, en poco más de 10 mil millones de años, el Sol pasará por varias etapas muy distintas. Se convertirá en una gigante roja que acabará con los planetas interiores incluida la Tierra. Luego se reducirá hasta convertirse en una enana blanca del tamaño de la Tierra, que irradiará luz, pero sin energía propia. 

Este proceso la enfriará e irá cambiando de color hacia el rojo hasta que, al cabo de varios miles de millones de años, no tendrá más luz y será una enana negra. Cuánto durará así es una pregunta que por el momento no tiene respuesta. Es más, me temo que mucho después que haya desaparecido la Tierra seguirá sin respuesta. 

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