Por Andrea Macchiarini

 Nociones científicas y consideraciones 

Teorías científicas sobre la parte final de la "vida" de nuestro Sol

En unos 5.400 millones de años, el núcleo del Sol se calentará lo suficiente como para provocar la fusión del hidrógeno en la capa circundante. Esto hará que las capas exteriores se expandan significativamente: nuestra estrella entrará en una fase de su vida llamada "gigante roja". Dentro de 7.500 millones de años, la superficie exterior del Sol se habrá expandido hasta un radio de 1,2 AU (unidades astronómicas), 256 veces su tamaño actual. Dada la vasta área que ocupará la futura "superficie" externa del Sol, la temperatura de este último será mucho más fría que la actual, alrededor de los 2.330 °C, y su luminosidad será más elevada, hasta 2.700 veces la actual.

Éste es el pronóstico que astrónomos e investigadores han formulado para el futuro de nuestra estrella.
Comparando la fase actual en la que se encuentra el Sol (su secuencia principal) con la vida de un ser humano, cuando envejezca y muera, en realidad se transformará en un objeto celeste que continuará modificando el espacio interestelar circundante de manera que favorezca las condiciones para el desarrollo de la vida.
Una consecuencia de la expansión de tamaño es que Titán, una de las lunas de Saturno, podría alcanzar las temperaturas superficiales necesarias para sustentar la vida.

A medida que el Sol se expande, es probable que incorpore los planetas Mercurio y Venus dentro de sus capas externas de materia. Para nuestro planeta el futuro es menos claro: incluso si el Sol envolviera la órbita actual de la Tierra, la pérdida de masa de la estrella (y en consecuencia habrá una atracción gravitacional más débil) probablemente provocará el alejamiento de las órbitas de los planetas.

Otra consecuencia será que la zona habitable del Sol se desplazará hacia el Sistema Solar exterior y, al final de la fase de gigante roja, esta zona en la que aumentarán las temperaturas irá más allá del cinturón de Kuiper, provocando el deshielo de cuerpos helados como Encelado y Plutón: estos mundos podrían sustentar un ciclo hidrológico a base de agua.
En los momentos siguientes, poco a poco la fusión de hidrógeno en la cáscara alrededor del núcleo solar aumentará su densidad hasta alcanzar alrededor del 45% del volumen solar actual.

En este punto, la densidad y la temperatura serán tan altas que comenzará la fusión del helio en carbono, lo que provocará un aumento repentino de las reacciones de fusión nuclear del helio; el volumen del Sol se reducirá de aproximadamente 250 a 11 veces su radio actual. Como resultado, su brillo disminuirá de aproximadamente 3.000 a 54 veces su nivel actual, y su temperatura superficial aumentará a aproximadamente 4.500 °C.

El Sol comenzará a transformar el helio en su núcleo de forma estable, tal como transforma hoy el hidrógeno. Esta fase de fusión de helio sólo durará unos 100 millones de años. Con el tiempo, tendrá que volver a depender de las reservas de hidrógeno y helio de sus capas exteriores. Se expandirá por segunda vez, convirtiéndose en una estrella gigante en continuo cambio de forma (giganta asintótica).

Aquí su luminosidad volverá a aumentar, alcanzando unas 2.090 veces su brillo actual, y se enfriará hasta unos 3.230 °C. Esta fase dura unos 30 millones de años, tras los cuales, en el transcurso de otros 100.000 años, las capas exteriores restantes del Sol se alejarán del núcleo, expulsando un vasto flujo de materia al espacio interestelar y formando un halo conocido como nebulosa planetaria.

El material expulsado contendrá helio y carbono producidos por las reacciones nucleares del Sol, continuando el enriquecimiento del medio interestelar (espacio) con elementos pesados para las futuras generaciones de estrellas y planetas.

Una imagen de la "Nebulosa de Anillo", también clasificada como M57 o NGC 6720. La formación circular central tiene aproximadamente un año luz de diámetro. Esta fotografía notablemente detallada es un esfuerzo de colaboración que combina datos de tres grandes telescopios diferentes: Hubble, el Gran Telescopio Binocular y el Telescopio Subaru (composición y créditos: Robert Gendler). Específicamente es una imagen compuesta, realizada por la captura del espectro electromagnético en la longitud de onda del hidrógeno de banda estrecha, la emisión de luz visible y la emisión de luz infrarroja.

Nebulosas planetarias: la difusión de materia procesada en el espacio

La imagen de portada fue elegida porque ayuda a entender cómo una estrella del tamaño de nuestro Sol al final de su secuencia principal de existencia se transforma, enriqueciendo el espacio circundante de todos los elementos que conocemos: desde los más ligeros como el hidrógeno hasta los más pesados como el carbono.
Incluso ahora, mientras lees este artículo, el núcleo estelar en el centro de la Nebulosa de Anillo continúa irradiando energía al espacio y expandiendo las capas exteriores de lo que alguna vez fue una estrella similar a nuestro Sol.
Esta situación que acabamos de describir es y será válida durante gran parte de nuestro tiempo: ya era así en 1779 cuando fue descubierta y permanecerá en esta fase de expansión durante muchos años más.

Las escalas temporales que afectan a los eventos de los objetos celestes son muy a menudo tan largas que la duración de una vida humana es casi un instante.
Las nebulosas planetarias probablemente desempeñan un papel crucial en la evolución química de la Vía Láctea (la galaxia a la que pertenecemos) al expulsar elementos al medio interestelar desde las estrellas donde se crearon esos elementos. Este tipo de nebulosas también se observan en galaxias más lejanas, proporcionando información útil sobre la abundancia de los elementos de los que están constituidas y su composición química.
Al estar dispersa en el medio interestelar a distancias mensurables en la escala de años luz, toda esta materia constituirá los ladrillos fundamentales con los que se construirán nuevas estrellas y planetas.
A partir de los años 90, las imágenes del Telescopio Espacial Hubble han revelado que muchas nebulosas planetarias tienen morfologías extremadamente complejas y variadas. Cerca de una quinta parte son aproximadamente esféricas, pero la mayoría no son simétricas. Los mecanismos que producen una variedad tan amplia de formas y características aún no se comprenden bien, pero la presencia en sus centros de estrellas binarias (dos estrellas que orbitan entre sí), sus respectivos vientos estelares y sus campos magnéticos juegan un papel ciertamente importante en la determinación de su forma y expansión.

Imagen tomada por el Telescopio Espacial Hubble el 24 de enero de 2000, que muestra la Nebulosa Esquimal (NGC 2392), una nebulosa planetaria bipolar de doble capa. Fue descubierta por el astrónomo William Herschel en 1787.

La semejanza de esta nebulosa con la cabeza de una persona envuelta en la capucha de una chaqueta fue el motivo de la elección de su nombre. Está rodeada de gases que formaban las capas externas de una estrella también similar a nuestro Sol. Los filamentos internos visibles son expulsados por un fuerte viento de partículas provenientes de la estrella central; el disco exterior contiene filamentos inusuales que miden años luz de largo. NGC 2392 se encuentra a unos 6.500 años luz de distancia y es visible incluso con un pequeño telescopio de aficionados, en la constelación de Géminis.

La belleza del Cosmos

Volviendo a hablar de la “Nebulosa de Anillo” M57 o NGC6720 (ver imagen de portada de este artículo), justo en el sitio web institucional del telescopio espacial Spitzer, la descripción oficial de la fotografía publicada de esta nebulosa planetaria dice así: " El telescopio espacial Spitzer de la NASA encuentra una flor delicada en la Nebulosa del Anillo..." e informa a continuación: "La capa exterior de esta nebulosa planetaria se parece sorprendentemente a los delicados pétalos de una flor de camelia".

La inspiración que estas imágenes de objetos celestes lejanos pueden proporcionar a quien las contempla, me empuja a reflexionar y posteriormente a adelantar un paralelismo sobre cómo una estrella al final de su ciclo vital florece como una flor, cuyo polen que esparce por el espacio cósmico consiste en elementos pesados procesados en él durante su existencia.

Elementos pesados, por tanto, útiles para la formación de nuevas estrellas, planetas y quién sabe cuántas formas de vida; los mismos elementos que ahora mismo nos componen y constituyen, resultado de la transformación de una estrella moribunda desconocida de la que hoy todavía no hemos podido encontrar rastros.

Imagen tomada el 11 de febrero de 2005 por el Telescopio Espacial Spitzer (NASA) de la "Nebulosa de Anillo". La capa exterior de esta nebulosa planetaria se parece sorprendentemente a los delicados pétalos de una flor de camelia. Una nebulosa planetaria es una capa de material expulsado de una estrella moribunda. Ubicada aproximadamente a 2.000 años luz de la Tierra en la constelación de Lyra, la Nebulosa del Anillo está catalogada como objeto celeste Messier 57 y NGC 6720.

Es uno de los mejores ejemplos de nebulosa planetaria y el objetivo favorito de los astrónomos aficionados. El anillo es un grueso cilindro de gas incandescente y polvo alrededor de la estrella en fase de transformación. A medida que comienza a quedarse sin combustible interno, su núcleo se vuelve más pequeño y más caliente, lo que hace que sus capas externas hiervan. La cámara infrarroja del telescopio capturó este material expulsado.
Las imágenes anteriores de la Nebulosa de Anillo tomadas por telescopios de luz visible generalmente mostraban sólo el anillo interior de gas alrededor de la estrella. Las regiones exteriores son particularmente importantes en esta imagen porque Spitzer ve la luz infrarroja emitida por las moléculas de hidrógeno. Las moléculas emiten luz infrarroja porque han absorbido la radiación ultravioleta de la estrella o han sido calentadas por el viento estelar proveniente de su núcleo (créditos: NASA/JPL-Caltech /J. Hora).

A continuación, se ilustrarán algunos ejemplos de las innumerables estrellas que, al final de su fase principal de existencia, se transforman en objetos con formas y colores únicos; a pesar de su singularidad, todos están unidos por la función que desempeñan, es decir, difundir una gran variedad de elementos diferentes, creados a partir del átomo más simple y abundante: el hidrógeno.
Sólo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, se han descubierto hasta la fecha unas 3.000 nebulosas planetarias, pero los modelos teóricos predicen que su número podría rondar las 20.000 unidades.

La nebulosa planetaria NGC 5315, inmortalizada por el Telescopio Espacial Hubble el 11 de septiembre de 2007 se encuentra en la constelación del Compas y está a unos 8.000 años luz de nosotros.

La nebulosa planetaria NGC 6543, también llamada "Nebulosa Ojo de Gato" debido a la similitud de algunas de sus estructuras internas con la pupila de un ojo de gato. La imagen fue tomada por el Telescopio Espacial Hubble el 30 de junio de 2006. Se encuentra en la constelación del Dragón y su distancia estimada es de aproximadamente 3300 años luz.

La nebulosa planetaria NGC 6751, fotografiada por el Telescopio Espacial Hubble el 6 de abril de 2000.
Se encuentra en la constelación del Aquila, a unos 6.500 años luz de nosotros.

Andrea Macchiarini
19 de abril de 2024

Bibliografía y páginas web consultadas:

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Immagini:

- https://www.spitzer.caltech.edu/image/ssc2005-07a1-infrared-ring-nebula
- https://apod.nasa.gov/apod/ap180715.html
- https://esahubble.org/images/heic9910a/
- https://esahubble.org/images/opo0733c/
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Space_sensations/Cat_s_Eye_Nebula_NGC_6543
- https://www.nasa.gov/image-article/cats-eye-nebula-2/
- http://www.star.ucl.ac.uk/~apod/apod/ap130313.html