III. EL NACIMIENTO DE UNA ESTRELLA

EL UNIVERSO est� en continuo cambio, en incesante evoluci�n. Pero esto es muy dif�cil de percibir debido a la lentitud con que los cambios ocurren. De hecho, nuestra experiencia cotidiana parece indicar lo contrario: un Universo eterno e inmutable. �No vemos salir al Sol todos los d�as con el mismo resplandor? �No brillan las estrellas en un lugar fijo de la b�veda celeste? Esta enga�osa inmutabilidad es consecuencia de la corta duraci�n de nuestra vida en comparaci�n con los largu�simos tiempos en que evolucionan las estrellas y los otros objetos c�smicos. Necesitamos usar nuestra inteligencia para descubrir esta lenta evoluci�n.

Una mosca vive s�lo unos d�as. Si fuera un ser inteligente le parecer�a que los seres humanos somos eternos e inmutables; tan poco es lo que envejecemos en el periodo de unos d�as. Pero la mosca podr�a darse cuenta de que existen diferentes tipos de seres humanos (ni�os, adultos, ancianos). �Son estos distintos tipos intr�nsecamente diferentes? �O se trata de uno solo que evoluciona a trav�s del tiempo cambiando su apariencia siendo primero ni�o, luego adulto, y luego anciano? Un problema similar tiene el astr�nomo. De los cientos de millones de estrellas que puede estudiar ayudado de los telescopios encuentra que, aunque muchas son similares al Sol, tambi�n existen tipos diferentes. El astr�nomo puede clasificar las estrellas analizando su luz. Esta luz es descompuesta en sus colores constituyentes mediante las llamadas t�cnicas espectrosc�picas. Al pasar la luz de una estrella a trav�s de un prisma (v�ase la Fig. 4), �sta se descompone como un arco iris, o sea formando el "espectro" de dicha estrella. Como se puede ver en la Fig. 5, los diversos tipos de estrellas tienen espectros completamente diferentes y es relativamente f�cil clasificarlas. Las diferencias que existen entre las estrellas se deben principalmente a dos efectos: por una parte, hay estrellas de masa distinta y, como ya comentamos, las m�s pesadas son m�s azules (esta diferencia equivaldr�a, entre las personas, a las caracter�sticas individuales hereditarias). El segundo efecto vale para estrellas de masa id�ntica pero que se encuentran en distintas etapas de su vida (esta diferencia ser�a equivalente a observar a dos personas que fueron muy similares al nacer, pero que nacieron en �pocas distintas y que ahora una es un ni�o y la otra un anciano).

Figura 4. Es posible "descomponer" un rayo de luz en sus colores componentes haci�ndolo pasar por un prisma. Al arco iris resultante se le llama el espectro de dicho rayo de luz. El estudio del espectro nos revela las caracter�sticas del cuerpo que emiti� la luz.

Figura 5. El espectro de la luz de una estrella puede grabarse en una placa fotogr�fica o bien cuantificarse en forma gr�fica utilizando un detector electr�nico. Hay diferencias obvias en el espectro de los distintos tipos de estrellas.

La idea de que las estrellas nacen, viven y mueren tiene amplio apoyo te�rico y de observaci�n. Las estrellas est�n radiando energ�a. Como todo f�sico sabe, este proceso se tiene que hacer a expensas de algo y no puede haber estado ocurriendo eternamente. Los astrof�sicos han logrado desarrollar modelos matem�ticos de computadora que predicen muy bien las caracter�sticas de las estrellas j�venes, maduras, o viejas. Con la ayuda de una computadora, el cient�fico puede simular en minutos los efectos del paso de millones de a�os.

Pero la prueba concluyente de que las estrellas nacen y mueren es lograr observar a algunas que est�n naciendo y a otras que est�n muriendo.

�De d�nde procede el material del cual nace una nueva estrella? El espacio entre las estrellas ya existentes est� casi vac�o. El casi se debe a que en el espacio interestelar existen nubes de gas constituidas fundamentalmente por �tomos libres de hidr�geno y helio. Estas nubes son gigantescas, y llegan a tener cientos de a�os luz de di�metro. Sin embargo, son muy tenues, sus densidades son infinitesimalmente peque�as en comparaci�n con la de, digamos, la atm�sfera de la Tierra. Mezcladas con el gas que forma a estas nubes, hay tambi�n part�culas de polvo que son opacas a la luz.

Este polvo bloquea la luz de las estrellas que se hallan detr�s de la nube y debido a este efecto es que se puede detectar a las nubes (v�ase la Fig. 6). Pues bien, del gas libre que constituye a estas nubes se forman las nuevas estrellas. Esto ocurre de la siguiente manera: debido a alguna perturbaci�n una parte de la nube comienza a contraerse ayudada por la atracci�n mutua de las part�culas que la forman. Este proceso de contracci�n, llamado colapso gravitacional, hace que la densidad de la porci�n de la nube en colapso aumente m�s y m�s hasta que se constituye en un n�cleo de alta densidad del cual se formar� una nueva estrella (v�ase la Fig. 7).

Fig. 6. Entre las estrellas existen grandes nubes de gas y polvo c�smico. Estas nubes proporcionan la materia prima de la que se condensan las nuevas estrellas. En esta fotograf�a, las nubes son visibles porque el polvo c�smico que contienen es opaco a la luz de las estrellas que se hallan detr�s de ellas.

Figura 7. Una perturbaci�n hace que una secci�n de la nube interestelar se condense hasta formar una nueva estrella.

Desafortunadamente, todo este proceso se da en el interior de la nube de la cual el fragmento en colapso formaba parte. Como hemos dicho, las nubes interestelares son opacas al paso de la luz y por lo tanto no podemos observar las emisiones de la estrella reci�n nacida. Existe, pues, una cierta analog�a entre el nacimiento de un ser humano y el de una estrella. El ser humano se forma en el seno materno, la estrella se forma en el seno de su nube materna. En ambos casos no es posible observar directamente el fen�meno. Pero como sucede en los estadios de la gestaci�n de un ser humano en que se emplean radiaciones que pueden penetrar el cuerpo humano, las nuevas estrellas emiten tambi�n emisiones infrarrojas y de radio que s� logran escapar de la nube y que pueden ser estudiadas por los astr�nomos. En la Fig. 8, la cruz muestra la posici�n de una nueva estrella descubierta debido a su emisi�n de ondas de radio.

Figura 8. La cruz marca la posici�n de un nueva estrella formada en el seno de esta nube. La estrella no puede observarse en la fotograf�a, igual que un ser humano en gestaci�n.

De manera simult�nea a la formaci�n de la nueva estrella, los astr�nomos creemos que a su alrededor pueden ocurrir los procesos que llevan a la posible formaci�n de un sistema planetario. Es importante aclarar que s�lo estamos seguros de la existencia de nuestro sistema planetario, pero que es v�lido especular que dichos sistemas se hayan formado o se est�n formando alrededor de otras estrellas.

Hab�amos dicho que un modelo que describa la formaci�n de un sistema solar como el nuestro deber�a ser capaz de explicar por qu� las �rbitas de los planetas est�n en un mismo plano y por qu� los planetas terrestres son tan distintos de los jovianos. Los fragmentos de nube que se colapsan para formar una estrella deben, en general, tener movimientos internos ca�ticos. Sin embargo, es muy probable que, como un todo, el fragmento tenga una cierta cantidad de energ�a en rotaci�n. Esta rotaci�n presente hace que el colapso se modifique profundamente. En lugar de que se forme una esfera cada vez m�s peque�a, lo que se forma es una nube aplanada con un n�cleo central (v�ase la Fig. 9). De este n�cleo se formar� la estrella, mientras que la parte aplanada evolucionar� hasta condensarse en forma de planetas. Como �stos se forman del disco gaseoso alrededor del n�cleo, se explica que tengan sus �rbitas en un mismo plano. Los astr�nomos creemos que la formaci�n de un disco alrededor del n�cleo central es un fen�meno com�n, puesto que lo observamos no s�lo en el Sistema Solar como un todo, sino tambi�n en Saturno y J�piter, planetas que tienen sistemas de anillos y sat�lites con sus �rbitas contenidas en un plano.

Fig. 9. El colapso de una nube con rotaci�n lleva hacia una configuraci�n con un n�cleo rodeado de un disco de gas y polvo. Es muy probable que los planetas de nuestro Sistema Solar se hayan condensado de un disco como �ste.

Por otra parte, cuando el n�cleo central comienza a radiar luz y calor es de esperarse que los planetas m�s cercanos (los interiores o terrestres) sean calentados m�s que los planetas lejanos (los exteriores o jovianos). Los planetas de tipo terrestre son Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Los planetas de tipo joviano son J�piter, Saturno, Urano y Neptuno. Plut�n, que tiene su �rbita en un plano distinto al de los otros planetas, tampoco encaja en esta clasificaci�n. Pero volvamos a la formaci�n del Sistema Solar. Dada la densidad del disco alrededor del protosol (sol en formaci�n) comenzaron a chocar y juntarse los granos de polvo existentes en �l. Este polvo est� formado por n�cleos de material rocoso rodeados por una c�scara de hielos de agua, amoniaco y metano. En los planetas cercanos al Sol las cubiertas de hielo se evaporaron, quedando s�lo los resistentes n�cleos de material rocoso. Esto no ocurri� en la parte externa del Sistema Solar. As�, se fueron formando, de este polvo, piedras y de las piedras, planetesimales, y de los planetesimales, planetas. Pero los planetas internos se formaron de los n�cleos rocosos y son por eso s�lidos, mientras que en la parte externa los planetas se formaron de granos que a�n ten�an su cubierta de hielo. Por eso son m�s grandes y los hielos, al sublimarse, formaron esferas gaseosas. Los n�cleos rocosos que participaron en la formaci�n se hallan asentados en el centro de los planetas de tipo joviano.

Despu�s de su formaci�n, la estrella central despeja, con la presi�n de su radiaci�n y con un flujo de part�culas de alta velocidad, los residuos de gas que quedaron a su alrededor y en el espacio interplanetario. Una vez libres de esta "placenta" es posible observar a las estrellas con un telescopio que capte la luz visible. Durante su infancia, las estrellas se estabilizan y entran en un largo periodo de madurez. Es una fortuna para la vida inteligente en la Tierra que las estrellas tengan esta larga y estable etapa (llamada la secuencia principal). El Sol se halla en medio de este periodo de tiempo, pues han transcurrido 4 500 millones de a�os desde la formaci�n del Sistema Solar. Si el Sol sufriera ahora los cambios e inestabilidades de sus primeros 10 millones de a�os de existencia, desaparecer�a la vida debido a los cambios bruscos de temperatura que ocurrir�an en la Tierra. El Sol volver� a pasar por etapas convulsivas e inestables que probablemente ocasionar�n la desaparici�n de la vida en la Tierra. Pero tal cosa ocurrir� en un futuro muy lejano, en otros 4 500 millones de a�os, cuando el Sol agote su combustible termonuclear y comience a sufrir los estertores ag�nicos que preceder�n a su muerte como estrella.