La Ciencia y sus Demonios

Tamaño comparativo de VY Canis Majoris con las órbitas de algunos planetas de nuestro Sistema Solar.

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El Universo es enorme, rematadamente enorme, tan absurdamente enorme que ni tan siquiera somos capaces de imaginar las dimensiones que pueden alcanzar diminutas pizcas de este cosmos. Y en el Universo hay cosas grandes, rematadamente grandes, tan grandes que por muchos ceros que pongamos nuestra mente no asimila tales cifras. Por tal razón hemos de aludir a las metáforas y las comparaciones. Y por ello presentamos de tal modo la que sería la mayor, o una de las mayores, estrellas conocidas: VY Canis Majoris, abreviadamente VY CMa. Es un monstruo tan bastamente enorme, es una entidad tan titánicamente colosal, tan cochinamente grande, que si se alojara en el centro de nuestro Sistema Solar… se comería a La Tierra, merendaría un Júpiter con asteroides y Saturno llegaría como cena.

No me canso de decirlo: el Universo es GRANDE. Hablar de metros sería un mal chiste y de kilómetros una cosa absurda. Tampoco es muy útil hablar de miles de millones de kilómetros porque miles de millones es una cifra inimaginable para nuestra mente, a pesar de que haya economistas y políticos empeñados en que nos parezca algo asimilable. Por ello en Astronomía se recurre a otras unidades de medición. La más famosa es el año luz: la distancia recorrida por la luz durante un año; una definición sencilla para hablar de casi 9.5 billones de kilómetros de nada (9.460.730.000.000 kilómetros). Aún así el año luz es una cifra pequeña cuando se trata del tamaño del Universo, pero también puede ser demasiado basta en ocasiones. Por ello, para distancias más moderadas los astrónomos cuentan con otra unidad de medida: la unidad astronómica (UA), definida como la distancia que existe entre la Tierra y el Sol (casi 150 millones de kilómetros), a tiro de piedra como aquel que dice.

En ese sentido, si Júpiter se encuentra a 778 millones de kilómetros del Sol, también podemos decir que se encuentra más o menos a 5.2 UA. Por su parte, si el Señor de los Anillos conocido como Saturno se encuentra  a 1400 millones de kilómetros del Sol, estamos diciendo que se halla aproximadamente a 9 UA, nueve veces la distancia que separa la Tierra y el Sol. Así, la unidad astronómica nos viene genial para manejar distancias planetarias, tanto entre una estrella y sus planetas, entre diferentes planetas o bien, entre las distintas estrellas de un sistema estelar múltiple (aquel formado por dos o más estrellas). Pero… ¿Qué tal si digo que tal unidad de medida llega a ser necesaria para hablar de un único astro?

La estrella VY Canis Majoris envuelta por su propia nebulosa, fruto del material liberado por la estrella al espacio. Imagen captada por el Telescopio Espacial Hubble, con luz visible (izquierda) y luz polarizada (derecha). Crédito: Hubble

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Ese es el caso de la monstruosa estrella conocida por el nombre de VY Canis Majoris. Es tan sumamente grande que si tiramos por lo bajo su radio sería de 8.8 UA, mucho mayor que la distancia que separa a Júpiter del Sol y casi rozando la órbita de Saturno. Si tiramos la casa por la ventana, su radio podría ser tan basto como 14 UA, casi a mitad de camino entre Saturno y Urano. En términos generales, se considera una estrella con un radio mayor que la distancia que existe entre Saturno y el Sol, de aproximadamente  2000 millones de kilómetros (ref. 1 y 3).

Desde la superficie terrestre VY Canis Majoris aparece como una estrella próxima a la constelación de Canis Major, constelación en la que encontramos a Sirio, una de las estrellas más brillantes del firmamento. Pero en realidad y a pesar de aparecer muy próximas y casi compartiendo constelación, resulta que Sirio es una estrella muy cercana a nosotros y que tan solo se halla a 8.5 años luz de distancia. Mientras tanto, VY Canis Majoris es un astro localizado donde Cristo perdió la alpargata… ¡a 4890 años luz de nuestro planeta! (ref. 1 y 3).

Arriba, situación de la estrella VY Canis Majoris en la constelación de Canis Major (o Canis Maior), créd.: azmirul. Abajo, intento aproximado de comparar el tamaño de VY Canis Majoris con el de nuestra estrella, el Sol, créd.: wikipedia

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VY Canis Majoris es un monstruo que se encuentra en la etapa final de su vida como supergigante roja. Es bien sabido que las estrellas son enormes bolas de gas, lo suficientemente grandes y densas como para que la masa de todo ese gas genere la gravedad que mantiene cohesionada la estrella, impidiendo que sus componentes se desperdiguen por el espacio. Pero la gravedad es una fuerza poderosa, ya que no solo mantiene cohesionada la estrella sino que tiende a implosionar la estrella. Hablando mal, la gravedad empuja y presiona toda la estrella “desde fuera hacia dentro”, hacia su núcleo.

Los componentes de una estrella normalita como nuestro Sol son principalmente hidrógeno y un poquito de helio, con trazas de otros elementos. Estas estrellas poseen un núcleo de hidrógeno donde tienen lugar reacciones de fusión nuclear, donde dos átomos de hidrógeno se fusionan entre sí originando un único átomo de helio, liberando ingentes cantidades de energía en el proceso en forma de calor y radiación. Es este calor y radiación lo que contrarresta la fuerza de la gravedad impidiendo el colapso de la estrella, en cierto modo y hablando mal, las reacciones del núcleo empujan y presionan la estrella “desde dentro hacia fuera”.

Pero una estrella normalita como nuestro Sol termina consumiendo todo el hidrógeno que alimenta su núcleo. Cuando esto sucede el núcleo de la estrella cede ante la gravedad y comienza a colapsar sobre sí mismo. Pero este colapso genera bastas cantidades de calor que calientan las capas de hidrógeno más cercanas al núcleo de la estrella, provocando que estas capas entren en un ciclo de reacciones nucleares. De ese modo las capas de hidrógeno más próximas al núcleo de la estrella se convierten en un gigantesco reactor nuclear que genera ingentes cantidades de calor y radiación. Tanto que no solo contrarresta la gravedad impidiendo el colapso de la estrella, sino que provoca una expansión brutal de las capas más superficiales de la estrella. La expansión de estas capas conlleva su enfriamiento, tornando en rojo el color de la estrella: acaba de nacer una gigante roja (ref. 2).

Izquierda, estrella análoga a nuestro Sol y estabilizada, la contracción de la gravedad es contrarrestada por la presión provocada por el calor y radiación liberados del núcleo, créd.: Northern Arizona University. Derecha, esquema de una gigante roja, la contracción del núcleo calienta las capas más cercanas de hidrógeno desencadenando las reacciones de fusión nuclear en ellas, el calor y radiación liberados por ello expande las capas más superficiales de la estrella de forma bestial, créd.: New Mexico State University

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Esto es lo que sucede para estrellas con un tamaño de hasta 8 veces la masa del Sol. Para estrellas con una masa superior la historia es parecida, pero no se convierten en gigante roja, sino en supergigante roja, un tipo de estrella mucho más grande. Sin ir más lejos, VY Canis Majoris tiene una masa equivalente a 25 veces la del Sol, siendo un coloso que sigue creciendo a una velocidad aproximada de 36 km/segundo. A causa de ello es relativamente fría y su temperatura efectiva apenas supera los 3000° K. Siendo tan grande también es muy luminosa: brilla con la capacidad de 500.000 soles, pero esta luz tan solo representa el 1% de la emitida por la estrella y se corresponde con la escasa luz que emite en el visible. El resto de la luz que emite, invisible para nosotros, la emite en el infrarrojo (ref. 1, 2 y 4)

Pero es una estrella que guarda aún más sorpresas. En las capas más superficiales de la atmósfera de VY Canis Majoris se han encontrado compuestos químicos de los más diversos. Es una estrella enriquecida de oxígeno que presenta muchos elementos y compuestos químicos capaces de organizarse en moléculas orgánicas, siendo muchas de esas moléculas necesarias para la vida tal y como la conocemos. De modo que se ha detectado: monóxido de carbono (CO), agua (H₂O), ácido sulfhídrico (H₂S), cianuro de hidrógeno (HCN), sal común (NaCl), amoniaco (NH₃), ión formilo (HCO⁺), dióxido de azufre (SO₂); así como otros elementos de interés (ref. 4).

Esquema de la estructura en «capas de cebolla» de una estrella muy masiva al final de su vida. En esta etapa final la estrella es por sí misma un enorme laboratorio de síntesis de nuevos elementos. Crédito: scienceinschool

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La presencia de verdaderas moléculas en la estrella puede darse gracias a que la temperatura superficial de la VY Canis Majoris es relativamente fría. Pero también sucede porque es una supergigante roja, un tipo de estrella cuyo núcleo es tan grande que puede considerarse el laboratorio alquímico del Universo, donde se desencadena un proceso llamado nucleosíntesis. En (casi) toda estrella un átomo de hidrógeno se fusiona con otro átomo de hidrógeno dando lugar a un átomo de helio y mucha energía que se dispersa en forma de calor y radiación. Gracias a ello una estrella con una masa de 15 veces la del Sol puede vivir durante diez millones de años. Cuando se agota el hidrógeno y se convierte en supergigante, la estrella usará otros elementos como combustible para su subsistencia. Primero el helio fabricado a partir del hidrógeno, originando carbono en un proceso de fusión nuclear poco eficiente energéticamente. Luego usará el carbono, más tarde neón y oxígeno, finalmente usará el silicio como hálito final. Pero las consecutivas reacciones de fusión nuclear serán cada vez más y más ineficientes energéticamente, siendo los distintos elementos consumidos con rapidez creciente (ref. 2):

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PRODUCTOS DE NUCLEOSÍNTESIS EN UNA ESTRELLA DE 15 MASAS SOLARES (ref. 2):

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Por ello los elementos de menor número atómico son los más abundantes en la naturaleza: son fabricados en ingentes cantidades en las grandes factorías alquímicas del Universo. Y gracias a la cantidad de compuestos químicos descubiertos en VY Canis Majoris, hoy más que nunca puede decirse que, literalmente… Somos polvo de estrellas.

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.La recomendación de la semana: La vida privada de las estrellas | El Tamiz

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BONUS TRACK.

En su día era un vídeo sorprendente. Hoy es un clásico. Pero viene de perlas para demostrar que… somos una cosa muy pequeñita en un Universo más grande de lo que somos capaces de imaginar.

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Referencias:

• 1.- Harwit M. 2001. The Infrared Continuum Spectrum of VY Canis Majoris. The Astrophysical Journal 557: 844-853. Artículo también disponible aquí.

• 2.- Koupelis T. 2010. In Quest of the Stars and Galaxies. Jones & Bartlett Learning, 457 páginas.

• 3.- Smith N y col. 2001. The Asymmetric Nebula Surrounding the Extreme Red Supergiant Vy Canis Majoris. The Astronomical Journal 121: 1111-1125.

• 4.- Ziurys LM y col. 2007. Chemical complexity in the winds of the oxygen-rich supergiant star VY Canis Majoris. Nature 447: 1094-1097. Artículo disponible completo y en pdf aquí.