Las edades de las estrellas

Uno de los campos de la astronomía moderna más dinámicos y que despiertan más interés es el de la búsqueda de vida fuera de nuestro Sistema Solar. Actualmente estamos centrados en dar los primeros pasos en dicha búsqueda: el descubrimiento y caracterización de exoplanetas o planetas orbitando alrededor de otras estrellas diferentes a nuestro Sol.

Una de las cosas que hemos aprendido de la historia de la vida en La Tierra, tal y como se da en la asignatura de Exoplanetas y Astrobiología del Máster Universitario en Astronomía y Astrofísica de la VIU, es que esta ha evolucionado de manera constante a lo largo de los años cambiando drásticamente las características físicas de la propia Tierra.

La composición química de la Tierra cuando surgió la vida, hace algo menos de 4000 millones de años, era radicalmente diferente a la de la Tierra 2000 millones de años después, cuando esta estaba dominada por seres unicelulares produciendo oxígeno. A su vez esta no tiene nada que ver con la de la Tierra en su actualidad, donde los seres humanos estamos teniendo un impacto apreciable.

Por lo tanto, si queremos buscar vida en planetas lejanos hemos de saber con la mayor precisión posible la edad de dichos planetas, y ahí empiezan los problemas serios. Actualmente no tenemos ninguna técnica de datación directa de planetas orbitando otras estrellas. Es más, casi todos los descubrimientos de exoplanetas se hacen de forma indirecta, observando el efecto que produce el planeta sobre algún aspecto de su estrella, como ya se ha explicado en la serie “Exomundos” en este blog.

Para datar sistemas planetarios, en general, lo que hacemos es suponer que todo el sistema nació al mismo momento, cosa que es lo que todos los modelos de formación dicen y los últimos descubrimientos corroboran. Por lo tanto, si logramos datar la estrella que alberga el sistema planetario ya tendremos datado el planeta. Pero… ¿datar estrellas es sencillo? No, ni por asomo, aunque al menos es posible en algunos casos.

Repasemos antes por encima cómo es la vida de una estrella. El nacimiento de una estrella es un proceso tranquilo. Partimos de una nube de gas que sufre alguna perturbación (la explosión de otra estrella, un choque de galaxias, etc.). Este gas empieza a condensarse en alguna zona y esto provoca que, por gravedad, parte del gas circundante se vaya añadiendo a dicha zona. Este proceso continua hasta que, poco a poco, se empieza a formar una bola gaseosa cada vez más caliente y con más presión en su interior. A su alrededor surge un disco de gas y polvo a partir del cual nacerán los planetas. En esta etapa, la temperatura y la presión no alcanzan el valor necesario para que haya reacciones termonucleares internas (salvo la fusión de algunos elementos menores). Sin embargo, llega un momento en el que se alcanza el punto de ignición del hidrógeno, que se empieza a convertir en helio en su centro generando muchísima energía: ha nacido una estrella. El proceso completo ha durado algo menos de unos poco millones de años...

Imagen del Telescopio Espacial Hubble en la que aparecen estrellas en diferentes momentos de su vida en la nebulosa de emisión NGC 3603.

¿Ven algo?

- En los pilares de la derecha, estrellas naciendo.

- En la esquina superior derecha, nubes oscuras (fase previa al colapso que forma estrellas).

- En el centro, un cúmulo de estrellas calientes azules, masivas y jóvenes.

- Encima de ellas y ligeramente a la izquierda, una supergigante envuelta por un anillo brillante.

- Debajo del cúmulo, dos planetas (con forma de lágrima).

FUENTE: www.caosyciencia.es

Después pasa por una época de tranquilidad durante la cual quema paulatinamente el hidrógeno de su núcleo y en la que permanece, con pocas modificaciones, la mayor parte de su vida. Nuestro Sol está actualmente en la mitad de esta fase (lleva así unos 4.500 millones de años y le quedan otros 5.000). Pero al final se agota este combustible, y entonces comienza una etapa de grandes y rápidos cambios en la que se fusionan otros átomos (helio, berilio, carbono, etc.). Lo que ocurre entonces, y la cantidad de elementos que se fusionan, depende de la masa de la estrella. Es común a casi todas las estrellas la pérdida de la mayor parte de su materia, expelida al exterior de forma más o menos abrupta (también según su masa). Este fenómeno es conocido como explosión nova o explosión supernova según el caso. Al final queda sólo un núcleo muy compacto en el cual todavía ocurren algunas reacciones termonucleares y por tanto emite energía. Pero poco a poco va enfriándose, perdiendo su capacidad de generar energía, languideciendo, hasta que termina siendo un resto inerte. Las estrellas más masivas se cree que acaban convirtiéndose en un agujero negro.

Éste es, muy resumidamente, el proceso de nacimiento, evolución y muerte de una estrella, cuya velocidad viene dictada por su masa: cuanto más masiva es, más rápidamente transcurre su vida. Y las diferencias son enormes, desde unos poco millones de años en la fase de quema de hidrógeno en el núcleo, las más masivas, a decenas de miles de millones de años, las menos. La dificultad en la datación de la edad de una estrella radica en que estrellas en el mismo estado evolutivo pueden tener edades muy diferentes. Sólo conocemos con bastante precisión la edad del Sol. Para obtenerla se ha estudiado, entre otras cosas, la abundancia que hay de ciertos elementos radiactivos y los productos de su desintegración en restos de meteoritos. Desgraciadamente, este procedimiento es únicamente aplicable a nuestra estrella, aunque se ha diseñado una técnica para obtener información similar en otras estrellas, la nucleocosmocronometría (perdón por el “palabro”), pero sólo se puede aplicar a casos muy aislados y escasos.

Las técnicas ideadas para la datación de estrellas son numerosas pero la mayoría son muy poco precisas y/o aplicables a casos muy concretos. Por citar algunos tenemos la medición de la velocidad de rotación de la estrella (dicha rotación se va frenando con el tiempo), o girocronología; el nivel de actividad de la superficie estelar; la comparación de algunas de sus propiedades físicas como temperatura, luminosidad, etc., con modelos; la astrosismología; medir la cantidad de litio en la superficie de la estrella; su posición y su movimiento comparado con el de otras estrellas de su entorno; y muchos más.

Ninguna de estas técnicas ha dado una respuesta definitiva al problema, y puede que ninguna la de en el futuro, pero cada vez se dedican más esfuerzos a datar estrellas, y no sólo por la cuestión de la búsqueda de vida. Datar estrellas sirve además para conocer en más profundidad la evolución futura de nuestro Sol, para conocer cómo evolucionan las galaxias, etc.

Un mundo apasionante este de la datación estelar. No por menos vistoso que otros campos de la astronomía menos importante, y que en el futuro nos dará la respuesta de si aquel planeta que giran alrededor de aquella estrella lejana es potencialmente la casa de una civilización extraterrestre o no.

Andrés Moya Bedón

Director del Máster Universitario en Astronomía y Astrofísica de la VIU

Profesor de la asignatura Exoplanetas y Astrobiología del mismo Máster

Video: La evolución de las estrellas

https://youtu.be/BFplE5EUBzA