Estrellas evolucionadas

Cuando una estrella normal, similar al Sol, envejece agotando las reservas de combustible nuclear (hidrógeno) de su núcleo, se produce un considerable cambio en su imagen. Según propone la teoría de la evolución estelar y confirma la observación de innumerables estrellas, un sol en esas condiciones sufre una gran expansión. El radio de la estrella se hace tan grande que englobaría (calcinándole) un planeta que girara con la órbita de la Tierra. La estrella entonces es relativamente fría, con dos o tres mil grados de temperatura exterior, aunque mucho más luminosa que el Sol debido a su gran superficie emisora. A este tipo de estrellas se les llama gigantes rojas.

Probablemente la característica más notable de las gigantes rojas es que presentan una considerable pérdida de masa. Es decir, desde sus capas exteriores tiene lugar un proceso, similar a la evaporación, de eyección de materia al espacio. Este proceso será el que controlará los subsiguientes pasos evolutivos de la estrella. Al contrario de lo que pasa en el resto de las fases de la evolución estelar, que son desencadenadas por cambios en la caldera interna que produce la energía (el núcleo), en esta fase el motor de la evolución estelar es externo. Es decir, el motor de esta evolución estelar tardía es directamente observable, lo que facilita evidentemente la comprensión de la misma.

La evolución posterior a la fase de gigante roja es precisamente la más espectacular de la vida de las estrellas (aparte los estallidos de supernova, que atañen a una ínfima fracción de estrellas). Efectivamente, los procesos de pérdida de masa tienden a aumentar con el tiempo. En un cierto momento, cuando la estrella ha eyectado más de la mitad de su masa, queda al descubierto el pequeño núcleo central. Este paso se produce en sólo 1.000 o 2.000 años, en los que la estrella cambia de forma espectacular, pasando de ser una gigante roja, fría y muy dilatada, a ser extraordinariamente compacta y caliente. En este breve lapso de tiempo, el radio de la estrella disminuye en al menos un factor mil y su temperatura aumenta hasta unos 100.000 grados.

Estrellas evolucionadas
Imagen obtenida por astrónomos del OAN (en colaboración con científicos de otros paises) de la nebulosa protoplanetaria OH231.8+4.2. La estructura alargada de color amarillento representa un chorro doble eyectado por la estrella, que choca con capas más externas. El choque acelera y calienta estas capas; las zonas excitadas de esta manera se aprecian en color azulado. (Cortesía de ESA/NASA.)

Se forman así unas estrellas que se llaman enanas azules o blancas. Éstas están aún rodeadas por la masa previamente expulsada que, ahora iluminada y calentada por la incandescente estrella, se llama nebulosa planetaria. El proceso intermedio, aunque breve, se encuentra también representado en la población estelar, se trata de las llamadas (impropiamente) nebulosas protoplanetarias. Estas nebulosas se caracterizan primeramente por su estado de vertiginosa evolución. En ellas tienen lugar importantes procesos de interacción dinámica entre las diferentes fases del viento estelar (que así se denomina la eyección de masa por parte de las estrellas). Estos procesos de interacción son los que terminan dando forma a las nebulosas planetarias, cuyas espectaculares imágenes fotográficas todos conocemos.

Los astrónomos del Observatorio Astronómico Nacional estudian desde hace años este tipo de estrellas evolucionadas, tanto en las fases menos tardías, las gigantes rojas, como en las de nebulosas planetarias y protoplanetarias. Su trabajo se ha centrado sobre todo en el estudio de las envolturas, es decir del material nebular difuso. La emisión proveniente del mismo (tanto en líneas espectrales de la fase gaseosa como en continuo de los granos de polvo) se caracteriza por su baja excitación, por ser el material muy difuso y frío. Por lo tanto su radiación se produce a longitudes de onda relativamente grandes, en el rango infrarrojo o de ondas de radio. La detección de la misma no puede hacerse con telescopios ópticos normales, se utilizan instrumentos adaptados al infrarrojo y radiotelescopios.

Nuestros astrónomos han trabajado pues en el esclarecimiento de las condiciones físicas y químicas de estas nebulosas. Destaquemos sus estudios sobre :

  • La estructura de las envolturas alrededor de gigantes rojas y las abundancias de moléculas en ellas, tanto en general como en objetos destacados. En este campo citemos la caracterización de las diferentes clases químicas en estos objetos y la cartografía con gran precisión de las capas internas.
  • La estructura y química de las nebulosas planetarias. Ha sido particularmente relevante el estudio de sus componentes más frías, que normalmente representan la mayor parte del material nebular.
  • La estructura y dinámica de las nebulosas protoplanetarias. Citemos los estudios de la interacción de vientos y las ondas de choque asociadas, que se han podido representar con una extraordinaria precisión.

En todos estos campos, se ha tratado de reunir el esfuerzo teórico con el observacional. Es de destacar la aportación de los datos obtenidos con los radiotelescopios de IRAM-IGN en Granada y Plateau de Bure (Francia). Pero no olvidemos notar que los astrónomos del OAN han hecho también uso, cuando ha sido necesario para los propósitos astrofísicos que se plantean, de otros telescopios en cualquier lugar del mundo. En este sentido hagamos notar el uso de instrumentos de extraordinaria potencia, como el radio interferómetro VLBA, los telescopios de alta montaña en Mauna Kea (Hawaii) y los telescopios espaciales Hubble Space Telescope (HST) e Infrared Satellite Observatory (ISO). En lo referente a los aspectos teóricos, son también notables las a veces complejísimas modelizaciones de la emisión por parte de estos objetos, particularmente en el caso de la intensa pero inestable emisión máser y de la complicada estructura de las nebulosas en rápida evolución.

Estrellas evolucionadas
Imagen obtenida por astrónomos del OAN (en colaboración con científicos de otros paises) de la nebulosa protoplanetaria Hen401. Nótense las dos alargadas hendiduras abiertas en la nebulosa por los choques. (Cortesía de ESA/NASA.)

Los resultados obtenidos por el grupo de astrónomos del OAN en este campo han sido ampliamente reconocidos en los foros internacionales y se han concretado en numerosas publicaciones en las principales revistas internacionales de Astronomía.