Ventana al espacio (CXLV)

 

Los gigantes gaseosos, desde el telescopio Hubble.

Las estrellas y sus tipos

En la mayoría de webs de las misiones solares, hay un apartado en el que hay imágenes actualizadas del Sol, y en ellas, Helios brilla en distintos colores, dependiendo de la longitud de onda en que se observa. La mayoría de esas imágenes se capturan en el rango del ultravioleta extremo, y en cada color, siempre hay algo distinto que destacar con respecto a otras: que si una llamarada más viva, que si agujeros coronales (las regiones oscuras), etc… Aunque esos colores son importantes para estudiar nuestra estrella, ninguno de ellos es su color real. En luz visible, de hecho, si observásemos nuestra estrella, en realidad, su luz es de color blanco, no por nada, los aparatos que permiten ver la corona se les conoce como coronógrafos de luz blanca. Bien, aclarado esto, pasamos a lo que vamos, la clasificación de las estrellas.

¿Cómo sabemos a qué tipo de estrella estamos mirando? Durante un tiempo, esto fue imposible. Por supuesto, los observadores a simple vista, cuando no había telescopios, solo podían recoger el brillo de cada estrella tal y como la podemos ver, filtrada por la atmósfera. La invención de la espectrografía cambió la forma que tenemos para estudiarlas. El primer paso fue tener un espectro del Sol, y fue Sir Isaac Newton el primero que lo consiguió, en 1666. No será hasta el siglo XIX cuando se daría el siguiente salto. Fue el científico alemán Joseph von Franhofer el que descubrió que en el espectro de luz recogido, resaltaban unas líneas oscuras, casi como el código de barras actual. Estas líneas son, en realidad la representación de los elementos que componen el Sol, absorbidos en luz visible, una interpretación descubierta en 1859 por dos astrónomos, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen. El siguiente paso era llevar esto a las otras estrellas que no fueran el Sol, y para ello, obligatoriamente, urgía la necesidad de un telescopio al que acoplar un espectroscopio. Así, de manera independiente, el italiano Angelo Secchi y el inglés William Huggins hicieron el primer estudio pormenorizado de las estrellas mediante el estudio de su espectro visible, encontrando diferencias entre ellas, las suficientes como para empezar a hablar de tipos de estrellas. ¿Qué diferencias? Si bien todas las estrellas tienen una composición de gases muy similar unas de otras, los espectros permitían ver en qué parte del espectro visible estas líneas están más concentradas, obteniendo información sobre lo que pasa en esas estrellas y, sobre todo, de su temperatura.

El espectro visible tiene las tres bandas ya conocidas como rojo, verde y azul, pero para saber cuántos colores hay en realidad, hay que fijarse en los arcoíris, porque, desde el rojo, pasamos al naranja, luego al amarillo, llegando al verde, de ahí al azul, hasta terminar en el violeta. Aquí empieza lo realmente particular: es cierto que el color, aplicado a las estrellas, es indicativo de la temperatura, pero al revés. Cuando aquí pensamos que algo está al rojo vivo, se trata de algo que está tan caliente, que abrasa. En una estrella, es lo opuesto. La clasificación de colores cálidos y colores fríos, que tanto se da aquí abajo, se invierte al tratarse de estrellas, porque cuanto más frío el color de una estrella, más caliente es. Al final, fueron los astrónomos Annie Jump Cannon y Edward Pickering, desde el observatorio Harvard, quienes desarrollaron el principal sistema de clasificación estelar, basándose en la información del color y, por lo tanto, de la temperatura.

Es conocido como el sistema Harvard, y Cannon asignó a cada tipo estelar una letra. De este modo, del más frío al más caliente, tenemos los siguientes:

• Las más frías son las estrellas tipo M, las que resaltan más que nada en luz roja. Las que generan destacan en esta clasificación son las gigantes rojas, pero son más, muchas más, las enanas rojas, las cuales, de hecho, son el tipo más frecuente en esta galaxia. Entre las gigantes rojas, tenemos, por
  
  
  ejemplo, a la célebre Betelgeuse, mientras que entre las enanas, podemos mencionar, para empezar, Proxima Centauri, Wolf 359, Lalande 21185, y muchísimas más, tantas, que 50 de las 60 más próximas al Sol son precisamente enanas rojas. Más que rojas, más bien son estrellas de una tonalidad anaranjada, con temperaturas superficiales que no superan los 3500ºC. Mientras que las gigantes rojas son estrellas en las últimas etapas del ciclo vital estelar, las enanas rojas son pequeñas estrellas (más incluso que el Sol) en su secuencia principal. A causa de su tamaño, y su temperatura, fusionan hidrógeno a un ritmo muy lento, por lo que son estrellas de muy larga vida, superando incluso los 10 billones de años. Su irradiación es poca en luz visible, pero muy intensa en ultravioleta y rayos X. 

 

• De mayor temperatura, tenemos las estrellas del tipo K. en este tipo se encuadran estrellas gigantes,
  
  
  súper-gigantes e híper-gigantes, pero también enanas naranjas. Por temperatura, son algo más calientes que las tipo M, llegando a temperaturas de “sólo” 4.000ºC. Entre las grandes, tenemos alguna tan célebre como Arcturus (que, en realidad, es una gigante roja), monstruosidades como RW Cephei (con un radio más de 1000 veces superior al de Helios) o estrellas en la secuencia principal como Alfa Centauri B o Epsilon Eridani. Las enanas, al ser más calientes, queman hidrógeno algo más rápidamente que las enanas rojas, por lo que, además, pueden ser buenas candidatas a contener planetas potencialmente habitables.

 

• Las que más conocemos, más que nada porque convivimos con una, son las tipo G. Por temperatura,
  
  
  como bien sabemos, llegan hasta los 6.000ºC. De las estrellas en la secuencia principal en el vecindario solar, estas estrellas son el 7.5% del total. En general, las tipo G son estrellas enanas como Helios o 61 Ursae Majoris, pero también existen súper-gigantes amarillas. La más célebre es la estrella principal del sistema trinario de estrellas Polaris, es decir, la Estrella Polar, con una masa casi seis veces superior a la solar, y un radio casi cuarenta veces mayor. Por si faltara poco, además, es variable, en la categoría de las Cefeidas. Lo peculiar con las tipo G es que no hay término medio: o enanas, o a lo grande, por lo que el espacio entre medias se le conoce como el Vacío Evolucionario Amarillo.

 

• Más calientes, nos encontramos con las tipo F. Su color es de un blanco amarillento, con temperaturas
  
  
  alcanzando los 7500ºC. Se trata, hasta donde sabemos, de estrellas enanas, como Procyon A, sólo un poco mayor que nuestra estrella. Esto no quita con que haya súper-gigantes, como Canopus, con un radio 71 veces el de Helios y una masa superior a entre 8 y 10 veces el solar. Claro, que esta gigantesca estrella contiene características que lo ponen en la siguiente categoría.

 

 

 

• Las estrellas tipo A están ya caldeando el ambiente. Su temperatura es tal que alcanza los 10.000ºC, y
  
  
  exhiben fuertes líneas de absorción de hidrógeno. Éstas son las estrellas blancas, y muchas famosas caen en esta categoría: Sirio A, Vega, Deneb o Formalhaut entre ellas. Sirio A, por ejemplo, tiene una masa el doble que la solar, pero 25 veces su luminosidad. Vega, también el doble de masa, y el doble de tamaño que Helios, es todavía más brillante, hasta 40 veces más. Su ciclo de vida es más corto, y por si faltara poco, son estrellas que carecen de zona convectiva, por lo que carecen no solo de dinamo magnética, tampoco tienen emisión de rayos X.

 

• Si se habla de calor extremo, las estrellas tipo B casi se llevan la palma. Estas son las estrellas azules.
  
  
  Sus temperaturas son tan altas que alcanzan los 30.000ºC, y las hay en la secuencia principal, y gigantes y súper-gigantes. El gran problema que tienen estas es que son estrellas de muy corta vida, porque queman hidrógeno a ritmos muy altos. Entre los ejemplos azules, tenemos la célebre Rigel, que es una súper-gigante azul, con una masa 21 veces, un radio de 78 veces, y una luminosidad de hasta 363.000 veces la de Helios, una estrella que seguramente acabe su vida como una supernova, dando origen a una estrella de neutrones o un agujero negro. En la categoría de las situadas en la secuencia principal, un ejemplo es h Aurigae, con una masa casi seis veces superior a la solar, y una luminosidad 955 veces superior.

 

• Las estrellas tipo O, también azules, suelen quedar muy cercanamente asociadas a las anteriores, de ahí
  
  
  que muchos unifiquen el tipo como OB. Las tipo O son tan calientes, o más, que las tipo B, y son todavía más azules, superando los 30.000ºC. La mayoría de radiación la emiten en luz ultravioleta, y si confeccionáis alguna lista de estrellas gordas, muchas pertenecen a esta categoría. Como las tipo B, también están en la secuencia principal, pero también gigantes y súper-gigantes. Eso sí, son increíblemente raras. En éstas, el elemento que domina en el espectro es el helio, nada raro si tenemos en cuenta que fusiona átomos de hidrógeno a ritmos imposibles. Por ello, son estrellas de vidas muy breves y muertes explosivas. 

• Por último, las más calientes, y más raras, conocidas como estrellas tipo W, o más célebremente, las
  
  
  estrellas Wolf-Rayet. Este tipo entra y sale de la lista de tipos espectrales por sus raros espectros, en los que predominan no solo el helio, también el nitrógeno y el carbono. Son estrellas extremadamente calientes, con temperaturas de hasta 210.000ºC. Son estrellas masivas y ya evolucionadas, pero increíblemente luminosas, emitiendo casi toda su luz en la gama ultravioleta. Muchas estrellas de este tipo dan nacimiento a grandes nebulosas planetarias, pero cuanto más grandes, más explosivo es su final. Entre las más destacadas está la que se encuentra en el sistema cuádruple g Velorum, como parte de un sistema doble conocido como g Velorum A, que tiene una masa actual de 9 veces la solar (originalmente, 35 veces) pero una luminosidad 170.000 veces superior. La más masiva de todas las descubiertas, y de hecho, la estrella más masiva en los catálogos, es R136a1, situada en el cúmulo abierto NGC 2070 en 30 Doradus, en la Gran Nube de Magallanes, con una masa 215 veces la de Helios, un radio 39.2 veces superior, y una luminosidad 6.2 millones mayor, lo que supone una temperatura superior a los 46.000ºC.

Es cierto que las estrellas se componen del mismo material, pero dependiendo del entorno, evolucionan de forma distinta, entregándonos todos estos tipos, los cuales, por no aburrir o confundir, están todavía más subdivididos. Pero esta clasificación espectral sirvió de base para que, de manera independiente, Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russel desarrollaran un gráfico que, al combinarlos con las luminosidades (o magnitudes absolutas), representaban a cada estrella según su secuencia, lo que permitiría empezar a estudiar en serio la evolución estelar.

Ocho tipos de estrellas, y millones de ellas por clasificar. Es una suerte que tengamos la misión Gaia para ayudarnos a contar estrellas.

El sistema solar exterior

Hace tiempo (pero MUCHO, podéis comprobarlo) empezamos a hablar del sistema solar el general, arrancando con el sistema solar interior, los asteroides y los cometas. Prometimos hablar del sistema exterior y más allá, pero entre pitos y flautas, se nos ha pasado. Bueno, decidiendo retomar las costumbres antiguas, pues lo mejor es continuar donde lo dejamos, atravesando el cinturón de asteroides.

Tras cruzar la línea divisoria del sistema solar, cruzamos hasta el sistema solar exterior. Allí, nos encontramos toda una colección de mundos, más grandes más pequeños, sólidos, gaseosos, incluso líquidos. Nuestra

primera parada es el hermano mayor del sistema, Júpiter. El planeta más grande del sistema solar, por masa posee 2.5 veces la del resto. Es una inmensa bola de gases, mayormente hidrógeno y helio, con un diámetro ecuatorial de casi 143.000 km., y uno polar de casi 134.000 km. Dista del Sol una media de 778 millones de km., y tarda en orbitarlo en 11.86 años, mientras que su rotación, calculada por sus señales magnéticas, es de casi 10 horas. Si es famoso, es por su apariencia externa, de cinturones y bandas, con unas franjas marrones y otras blanquecinas, mientras los polos tienden a un tono más grisáceo. Más allá de las imágenes estáticas, su atmósfera es muy activa, estando en continuo movimiento. Tan activa, que cuenta con diversos ciclones que son, en realidad, anticiclones, siendo el más famoso la Gran Mancha Roja, cuya primera observación puede datar del año 1665. Casi como un ojo, esta gran formación contrarrotante es mayor incluso que la Tierra, y su color, más anaranjado que rojo, bien podría ser una “quemadura” solar. Júpiter es un planeta de extremos: un poderosísimo cinturón de radiación emisor de radio, un campo magnético que es la estructura más grande del sistema solar (si la viésemos desde la Tierra, sería cinco veces mayor que la Luna llena), sobrepasando incluso la órbita de Saturno. Aunque no lo parezca, sí tiene anillos, pero la escasa inclinación de su eje de rotación (1.3º) nos impide verlos. En cuanto

satélites, es un festival, con 79 en su última cuenta, pero los cuatro que importan son los galileanos. Si Júpiter también es especial es porque cuenta con el primero, tercero, cuarto y sexto satélites más grandes del sistema solar, y todos con su propia personalidad: Ganímedes con su campo magnético, Calixto por su oscura superficie y sus cráteres, Europa por su más que probable océano bajo su costra de hielo, e Io por sus potentísimos volcanes. Tenemos suerte porque todavía está allí la  bella dama del espacio, la sonda Juno, revelándolos sus fascinantes secretos, y no os durmáis, porque esta década despegarán dos misiones hacia allí, primero la europea JUICE, y después la americana Europa Clipper. La continuidad, así, está casi asegurada.

Alejándonos hasta unos 1.400 millones de km. de Helios, unas 9.6 unidades astronómicas, nos encontramos a la joya del sistema solar, Saturno. ¿Qué podemos decir de este planeta? fácil: si hubiera un océano lo bastante grande sobre el que lanzarlo, flotaría. Así es, porque su densidad es más baja que la del agua. Es un planeta no mucho más pequeño que Júpiter, con un diámetro ecuatorial de casi 121.000 km., mientras que el polar no llega a los 109.000 km., siendo el planeta más achatado del sistema solar. La causa es su rotación. Se sabe que es rápida, pero ha sido extraordinariamente difícil saber cuánto dura, con el último cálculo deparando 10 horas, 33 minutos y 38 segundos, pero con márgenes de error de entre un minuto y medio y dos, porque su campo magnético es tirando a peculiar. El planeta tarda en orbitar el Sol en 29.46 años, tan lento que mucho le apodan el “perezoso”, y su eje de rotación está algo más inclinado que el terrestre, con un ángulo de 25.44º con respecto a la vertical. Los componentes de su atmósfera no difieren mucho de los de Júpiter, con predominio del hidrógeno y el helio, y añadiendo a la mezcla rastros de metano, amoniaco, y otros componentes. Su atmósfera, en apariencia, es distinta a la joviana, por su apariencia apagada. En realidad, es una suerte de neblina que esconde la dinámica atmosférica, que puede llegar a alcanzar vientos de muy alta velocidad, de hasta 550 km/h. Por si fuera poco, en su polo norte hay una estructura de forma hexagonal. La mayor característica son, por supuesto, los anillos. Los primeros reconocidos como tal, si bien desde lejos son cuatro

estructuras con una subdivisión interna (de fuera hacia dentro, son los C, B, A y D), vistos desde cerca, con miles de anillos pequeñísimos. Su edad, depende del estudio: o tan viejos como el sistema solar, o muy modernos, en la escala temporal del universo. Lo cierto es que son estructuras fascinantes, que rotan alrededor de Saturno al igual que sus satélites, y que se mantienen en posición gracias a la gravedad del planeta y sus satélites, que aquí son, de momento 82. ¿Cuál destacar de todos estos? Depende de lo que busques. ¿Uno con forma de esponja? Hiperión. ¿Un Ying-Yang cósmico? Japeto. ¿Lo más parecido a la Estrella de la Muerte? Mimas. Podríamos seguir, pero el que destaca

por encima es su más grande luna, el satélite gigante de Saturno y el segundo del sistema solar por tamaño, Titán, el único con una atmósfera sustancial, líquido en su superficie y un montón de cosas pintorescas. Con la misión Cassini tristemente concluida, ahora nos toca esperar al 2027 a que la NASA lance Dragonfly, cuyo destino es precisamente el satélite gigante, para estudiarlo tanto desde el suelo como desde el aire. Cuánto queda que esperar…

Hasta 1789, Saturno era el límite del sistema solar, hasta que se descubrió el séptimo planeta. El inexpresivo Urano está lejos, lejísimos, distando de Helios casi 2.900 millones de km., o 19.2 unidades astronómicas. Es un planeta que destaca por una atmósfera azul verdoso, y casi todo lo que sabemos nos lo entregó Voyager 2. Es mucho más pequeño que

sus otros hermanos, con un diámetro ecuatorial de 51.118 km., y uno polar de 49.946 km. Le llamamos inexpresivo porque es, en esencia, una bola opaca, más que Saturno, y sólo usando falso color vemos las distintas estructuras de su atmósfera, que está compuesta no sólo por hidrógeno y helio, también por una apreciable cantidad de metano, que es la causa de su color atmosférico, pero además cuenta con una proporción mucho mayor de material helado, en forma de amoniaco, agua, hidrosulfuro de amoniaco, y otros. Por esta causa, a Urano se le conoce como un gigante de hielo. Su órbita dura 84 años, y su rotación es de algo más de 17 horas. El aspecto más peculiar de Urano es su inclinación axial, de 98º, lo que significa que, visto desde la distancia, el planeta, en partes de su órbita, va como rodando. Pero si curiosa es su inclinación, más todavía es su campo magnético. No sólo está desviado unos 60º del de rotación, también está descentrado. Así mientras el planeta rueda por su órbita, la magnetosfera planearía se va retorciendo como por un efecto de sacacorchos. A la pregunta de si tiene anillos, la respuesta es un rotundo SÍ, pero, curiosamente, son los más oscuros del sistema solar, hasta 13 rodeando el planeta, estando en su plano ecuatorial, lo que hace que el planeta casi parezca una diana. Y en cuanto a

satélites, ¿qué? Hasta la fecha, se han encontrado 27, siendo los más interesantes, que sepamos, los cinco más grandes, y naturalmente los primeros descubiertos: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberón, el primero en particular por su accidentada geografía. Para su examen en profundidad, no soñéis con misiones de nombres poéticos o acrónimos complicados. No hay nada más que propuestas de mandar algo allá. Es cierto que se habló de mandar a Cassini a sobrevolarlo para terminar su misión extendida, pero esa posibilidad se descartó por completo.

Casi tan olvidado como Urano está nuestro siguiente destino. Separado de Helios por 4.500 millones de km, o unas 30 unidades astronómicas de espacio, nos encontramos la maravilla azul, Neptuno. Así, la única información tomada desde cerca es la que recogió, también, Voyager 2. De un azul aún más intenso que el de Urano, todos se pensaban que sería un idéntico mundo inexpresivo, pero se equivocaron, porque Neptuno es hogar de unos vientos muy potentes, y cuenta con una atmósfera muy movida. Su diámetro ecuatorial es de 49.528 km., mientras que el polar no es muy distinto, de 48.682 km. Un año en Neptuno son 164.4 terrestres, y un día son 16 horas y 6 minutos. Neptuno tiene la distinción de ser el único planeta descubierto a base de lápiz y papel, y confirmado por observación directa. Bien, su atmósfera es, en esencia, similar a la de Urano, con hidrógeno y helio, con menor concentración del primero y mayor del segundo, así como una apreciable cantidad de metano, y gran cantidad de material helado, muy similar a su hermano mayor, pero contando también con metano helado. Es este componente la razón de su intenso color azul. En cuanto al por qué tiene una atmósfera tan activa, es por una potente fuente de calor interna, algo de lo que Urano carece, moviendo las distintas capas a velocidades de hasta 2200 km/h. También llaman la atención las manchas oscuras, que aunque, en un primer momento se las emparejó con las jovianas, no tienen nada que ver, porque son una suerte de depresiones que se abren en las capas altas y permiten ver la capa que hay debajo. A diferencia de la Gran Mancha Roja joviana, las manchas oscuras de Neptuno son mucho más efímeras, y a lo largo de la vida del telescopio Hubble se ha visto la aparición y desaparición de unas cuantas, tanto en su hemisferio norte como en el sur. Se le suponen estaciones, gracias a su inclinación axial de 28.3º. También cuenta con una magnetosfera peculiar, pero no tanto como la de Urano. También está muy desviada con respecto al eje de rotación, unos 47º, y también desviada del centro del planeta por razones

todavía desconocidas, por lo que se generan también estructura particulares. En cuanto a sus anillos, se acepta que hay tres, llamados en honor a los descubridores del planeta: Adams, Le Verrier y Galle, un inglés, un francés y un alemán, casi como un chiste. Cuenta con, de momento, 14 lunas, y la más llamativa de todas es la más grande, Tritón. Por tamaño, es el séptimo satélite más grande del sistema solar, y es único porque orbita alrededor de Neptuno de forma retrógrada. Cuando la observamos, su superficie era algo único en el sistema solar, con formaciones realmente extrañas, volcanes de hielo, y un casquete polar de nitrógeno helado. Por si faltara poco, también cuenta con una delgadísima atmósfera de nitrógeno. Si hay un sitio que investigar, es este satélite, y es el objetivo de la propuesta Trident del programa Discovery. No os emocionéis, como propuesta, bien podrían hacerla caer y quedarnos sin esta visita.

Y por último, el errante país de los muertos. Así se calificó a Plutón, el más lejano, y el más pequeño de los nueve planetas del sistema solar, y no hagáis caso de lo que digan: Plutón ES planeta. Lo que sabemos de él y sus cinco satélites viene, por lo general, de una sola visita, la de New Horizons. Plutón es el planeta con corazón, una bola de hielo de nitrógeno y metano que dista del Sol 39.5 unidades astronómicas, es decir, 5900 millones de km., recorriendo la órbita más excéntrica e inclinada de todos los planetas, con un perihelio que le lleva a estar más cercano a Helios que Neptuno, y girando alrededor de nuestra estrella, con inclinaciones superiores a los 17º con respecto a la eclíptica. Si interesante es esto, sus otras efemérides también son dignas de mención, con un día de 6.3 días terrestres, y una inclinación axial de casi 123º con respecto a la vertical. Más rarezas: su mayor satélite, Caronte, tarda en orbitar Plutón en el mismo tiempo que tarda el planeta en girar sobre sí mismo, lo que significa que sólo puede verse en un hemisferio. Y si os sabe a poco, ambos cuerpos giran alrededor de un baricentro que está situado más allá del planeta. El diámetro de

Plutón es de 2.376 km., y su superficie es igual que variada que la de Tritón, con casquetes de nitrógeno helado, formaciones de dunas, terrenos sin explicación, y unas regiones oscuras dominadas por el hielo de metano. Su exosfera, también de nitrógeno, no solo proporciona un asombroso cielo azul, también posee nubes, o así. No busquéis anillos, no los hay, y en cuanto a magnetosfera, a saber. Pero sí tiene cinco satélites, cada cual más peculiar, empezando por el grandísimo Caronte, del tamaño de la mitad de Plutón, y dominado por esa mancha rojiza. El resto más pequeños, son más exteriores, y no sólo orbitan alrededor de Plutón, también se bambolean mientras rotan, haciéndoles impredecibles. ¿Podría haber una nueva investigación sobre Plutón? Eso es lo que se está intentando, pero no la esperéis pronto. ¿Si nos gustaría? No hace falta ni mencionarlo.

Ya estamos casi de salida del sistema solar, listos para adentrarnos en los gélidos confines de nuestra parcela cósmica. Preparaos, y tened paciencia.