12. ¡Hágase la luz!

¡Vaya sablazo me han dado este mes con la factura de la luz! Yo no sé qué he hecho este mes que me ha venido una factura desorbitada. ¡Pero si la luz debería ser gratis! Con la de luz del Sol que hay durante el día debería ser un recurso ilimitado para nosotros. De hecho el Sol genera unas 300 veces las necesidades energéticas de toda la humanidad. En un segundo produce el equivalente a la energía liberada en 1000 millones de bombas nucleares como
las de Hiroshima.

No me quiero imaginar el momento en el que el encargado de encender el Sol recibe su factura de la luz. Le harían pagar alrededor de unos 200 millones de euros cada mes por mantener el Sol encendido. ¡Y yo me quejo!

Seguro que se pondría a hablar de ello con sus vecinos. Por ejemplo, hablando con el que se encarga de encender la estrella más cercana al Sol, Próxima Centauri:

- ¡200 millones de euros! Pero si yo lo hago para que los terrestres se
bañen en la playa a gustito y no con la piel de gallina...

- ¡Vaya pasada! ¡200 millones!
- Oye, ¿Y a ti cuánto te han cobrado este mes por encender Próxima Centauri?
- Pues unos 30000 euros.
- ¿Sólo eso?
- Sí, es que yo enciendo Próxima Centauri con bombillas de bajo consumo y sólo gasto una diezmilésima parte de lo que gastas tú.
- ¡Pues si tampoco gasto tanto! El otro día estuve hablando con el que enciende Vega y se gasta 37 veces más que yo.
- Sí. Yo lo comenté con el tipo aquel que tiene una estrella con nombre de robot, Cyg OB2-12. Él me ha dicho que produce 6 millones de veces más que tú, así que debe trabajar vendiendo terrenos en la Luna para poder pagar su recibo de la luz, porque eso no lo pago yo ni rompiendo la hucha de cerdito de mi primera comunión.

Pobrecillos... Allí van... Criticando al vecindario sin saber que en el Universo existen vecindarios de alto standing que pueden permitirse producir mucha más energía que todo eso. Las supernovas emiten 10000 millones de veces más que el Sol. Una galaxia normalita, 100000 millones de veces y una galaxia activa 100 millones de millones de veces más que el Sol.

¿Lo véis? Ya me he perdido otra vez con tantos ceros. Quien me diga que es capaz de imaginarse estos números se merece salir en el libro Guinness de los récords como la persona que puede contener el Universo entero en tan sólo el volumen de su cráneo.

Menos ceros tiene el rango de variación en la masa de una estrella. No existen estrellas con masas inferiores a un 7 % de la masa del Sol, porque con tan poca masa no pueden producir reacciones de fusión en su núcleo (condición indispensable para decir que es una estrella). Tampoco puede haber estrellas con masas superiores a 100 veces la solar, porque producirían energía de forma tan violenta que la estrella se desmembraría. ¡Eso está bien! Una estrella tiene entre un 7 % y 100 veces la masa del Sol. Esto me lo puedo imaginar.

Pero eso es en cuanto a estrellas se refiere. El agujero negro del centro de nuestra Galaxia tiene del orden de un millón de veces la masa solar. Y existen galaxias con miles de millones de masas solares concentradas en el centro de su agujero negro supermasivo.

¡Pues vaya! Que no me voy a poder escapar de tanto cero, o qué?

Voy a intentarlo de nuevo con las temperaturas de las estrellas. La superfície del Sol está a unos 6000 grados de temperatura. Pero las estrellas más frías tienen unos 350 grados de temperatura y las más calientes alcanzan hasta unos 80000 grados en su superfície. Aunque eso son las temperatura en la superfície. En el núcleo del Sol, hay una temperatura de unos 14 millones de grados.

¡Bah! Eso no es nada. En la Tierra hemos sido capaces de alcanzar temperaturas récord de unos 100 millones de grados. Así que por una vez ganamos al Sol.

Aunque no os hagáis ilusiones. Ganamos al Sol, pero no a las estrellas. Hay estrellas que en su interior puede haber miles de millones de grados. Así que tampoco en eso ganamos.

En fin, que parece ser que si quiero manejar números que no lleguen al millón en el campo de la astronomía, la única alternativa que me queda es mirar la cuenta corriente de un astrónomo. Bueno, al menos la mía. Quizás haya algún astrónomo de alto standing que trabaje paralelamente vendiendo terrenos en la Luna y se haya hecho rico como para poder pagar con comodidad su factura de la luz.

11. Geografía Universal

Por fín ayer me puse a correr de nuevo, después de algunos años contemplándome la barriga ha bastado saber que Saturno flota en el agua más que yo para decidirme. Dejando a un lado que hoy me duelen todos los músculos y que me puedo mover menos que antes de ponerme a correr (o sea, que hacer deporte creo que es malo para mi forma física, porque al correr mi cuerpo me es menos útil que si no corro), me he comprado un GPS para hacer rutas corriendo y no perderme en la montaña si algún día me decido a correr por el bosque para no estar respirando el humo de los coches.

A ver hacia dónde voy a correr... No tengo ni idea de adónde ir. Estoy abierto a sugerencias. Por suerte mi GPS es de esos modernos, de marca Tun Tún, que incluso te da sugerencias de sitios a los que visitar (es un botón del GPS llamado "Navegar al Tun Tún"). Selecciono esa opción y me pide cuántos quilómetros quiero recorrer.

Hoy me siento todo un machote. Pongamos que corro unos 10 km. A ver qué me propone. Mira, me dice que si quiero correr 10 km, lo único que tengo que hacer es correr toda la Avenida Diagonal de Barcelona de cabo a rabo.

Creo que me he comprado el GPS de los Jóvenes Castores, porque me dice que 10 km es la distancia que hay a las nubes más altas de la atmósfera y que los aviones van a 10-12 km de altura. ¡Qué curioso! Este cacharro que me he comprado está muy bien. Voy a explorar un poco más.

¿Qué distancia habrá de Barcelona a Lleida? Me dice que unos 150 km, los mismos que la altura a la que estan las auroras boreales en el cielo. Jo, jo. ¡Este GPS es la monda!

¿Y de Barcelona a Valencia? Unos 350 km. Como la altitud a la que la Estación Espacial Internacional da vueltas alrededor de la Tierra. ¿De Barcelona a Pontevedra? El radio de Plutón. ¿De Barcelona a Varsovia? El radio del planeta Mercurio. ¿De Barcelona a Atenas? El radio del planeta Marte. ¿De Barcelona a Otawa? El radio del planeta Venus. De Barcelona a Toronto, el radio de la Tierra.

 Figura 2.10: Comparación de los planetas rocosos del Sistema Solar.

 
Ahora lo entiendo. Acabo de encontrar una opción del GPS llamada "El cielo al Tun Tún" en la que te permite navegar por el Universo... Dice que el radio de Neptuno y Urano es como ir a las antípodas de la Tierra, que el radio de Saturno es como dar una vuelta y media al mundo. Y el radio de Júpiter, el planeta más grande del Sistema Solar, es una vuelta al mundo y 3/4. (unos 70000 km de radio). Y que el radio del Sol es como dos veces la distancia de la Tierra a la Luna. ¡Uau!

Comparación de los planetas del Sistema Solar y el Sol.

¿Meter el Sistema Solar en un campo de fútbol? ¿Cómo? En fín, voy a darle a Aceptar a ver qué me sale... ¡Anda! Te muestra las distancias de los planetas al Sol como si el Sol estuviera en una portería de un campo de fútbol y el (anteriormente conocido como) planeta más alejado (Plutón) estuviera en la otra portería.

Órbitas de los planetas del Sistema Solar en un campo de fútbol con el Sol y Plutón, el planeta más alejado, en cada portería.

Pues me parece que la pelota debe estar en el área del Sol porque casi todos los planetas están su área. Seguramente estén lanzando un córner. Pues que tenga cuidado el equipo de Plutón y no se confíe porque sólo se han quedado en su campo para defender Urano y Neptuno. Como haya un contraataque...

¿Y las estrellas? ¿Cómo serán? No, no me refiero a las estrellas del partido de fútbol, que en este caso sólo sería el Sol, sino cómo son las otras estrellas de la Galaxia con respecto al Sol. ¿El Sol es muy grande o muy pequeño?

Hombre, lo de que el Sol fuera dos veces la distancia a la Luna a mi me ha impactado, la verdad. Así que el Sol pequeñito no debe ser. De hecho la estrella más pequeña conocida tiene un tamaño igual a sólo un octavo del tamaño del Sol, es decir, sólo un poco mayor que Júpiter.

Pero resulta que se conocen estrellas con un radio unas 2000 veces más grandes que el Sol, o sea 700000 millones de veces más grandes que una persona de 1.80m como yo.

¿Creéis que hemos acabado con el tamaño de las estrellas? En nuestra galaxia hay unos 100000 millones de estrellas. Las galaxias se agrupan en grupos de galaxias, ... Supongo que queréis que os siga diciendo el tamaño de las galaxias y del Universo y bla, bla, bla... ¡Pues yo me niego! Quizás vosotros no os habéis perdido aún con tanto quilómetro suelto por ahí. Pero yo ya no soy capaz de imaginarme nada más grande. Lo dejo aquí.

¡Uf! Me parece que hoy no iré a correr. Qué sentido tiene correr si por mucho que corra hoy no voy a ver más del Universo, así que lo dejaré para otro día que me haya olvidado de lo pequeñito que soy (incluso mi barriga ya no me parece tan enorme).

10 ¡Mira que eres pesado!

Ya sabemos determinar la distancia a las estrellas, su temperatura, su
composición, su brillo intrínseco, su tamaño. ¿Qué nos falta?

Pues yo aún tengo una duda. ¿Cómo se debe saber la masa de las estrellas?

La masa es lo que hace que los cuerpos del Universo se atraigan unos a otros. Cuanta más masa, más capacidad de atracción tiene el cuerpo en cuestión.

Bueno. . . Pues supongo que las estrellas más grandes serán las más masivas, ¿no? ¡Ale!, problema resuelto.

Ya estoy más tranquilo. Claro, tiene lógica. Las más grandes son las más masivas. Tiene que ser así. Venga, me voy a relajar y a tomar un baño.

Ya estoy en el baño tranquilito. El agua aún está calentita y no tengo ganas de salir tan pronto. Voy a leer un libro. De astronomía, por supuesto.

Mira qué fotos más chulas. Esto es... Saturno.

Saturno, el segundo planeta más grande de nuestro Sistema Solar, 

mucho más grande que la Tierra, flotaría en el agua debido a su baja densidad.

¡Uau! Aquí dice que Saturno flotaría en el agua. No puedo evitar mirar mis chichas hundidas en el agua y pensar que debo estar muy gordo si yo me
hundo en el agua y Saturno, que es 10 veces más grande que la Tierra, flota.

¡Ah! Me dice aquí que lo que pasa es que Saturno es menos denso que el agua y por eso flota. Es decir, que la materia en Saturno no está tan densa y apilotonada y por eso en un mismo volumen mi barriga tiene más materia que Saturno y por eso se hunde. ¡Qué depresión! Me voy a comer un chocolate.

O sea, que mi argumento de que a mayor tamaño más masivo es un objeto es falso. No es lo mismo coger un tapón de corcho que el mismo volumen, pero de plomo.

Entonces, Si no me puedo fiar de su tamaño . . . ¿Cómo voy a saber la masa de las estrellas?

¡Mmmm. . . Qué bueno está el chocolate! Pero debería hacer deporte. En fin... Siempre puedo irme a la Luna y pesaría menos. Todo el mundo recuerda
a los astronautas dando saltitos por la Luna y cayendo poco a poco. Eran
ligeros como una pluma.

Espera un momento. . . ¿Por qué pasa eso? ¿Porqué los astronautas, que tienen la misma barriguita que en la Tierra, cuando van a la Luna pesan menos?

La diferencia entre la Tierra y la Luna, es que ésta es menos masiva y por tanto atrae con menos fuerza los cuerpos hacia su superficie.

De igual manera, si un cuerpo está orbitando una estrella, cuanta más masa tenga esta estrella menos tardará el cuerpo en dar una vuelta a su alrededor. Más rápido la orbita. Parece lógico, ¿no?

Pues ya tenemos el problema solucionado. Miramos una estrella doble,
de esas que dan vueltas una alrededor de la otra y miramos cuánto tardan
en volver a la misma posición. Eso nos da información sobre la masa de las estrellas binarias. Cuanto menos tarden, más masa.

Una vez sabemos la masa de las estrellas en un sistema doble, podemos
pararnos a analizar cómo es esa masa en función de la luz que emiten. Cuando
hacemos esto vemos que existe una relación entre la luz emitida en una estrella y su masa.


Si determinamos cómo depende la luminosidad de una estrella de su masa mediante las estrellas dobles, esta misma relación la podemos aplicar a las estrellas aisladas. Es decir, ahora tendremos una ley que nos dice que tal
estrella que brilla tanto debe tener una masa igual a tanto.
Hay también otro método que se empieza a utilizar también para saber la masa de las estrellas aisladas. Para ello necesitamos hablar de nuestro amigo
Einstein y la Relatividad. La Relatividad nos dice que la luz se comporta
como si fuera un cuerpo con masa. O sea, que podría llegar a pasar que si un
objeto tuviera mucha masa fuera capaz de atraer un rayo de luz (o al menos
hacerle cosquillitas).

Es decir, que si un rayo de luz pasa muy cerca de una estrella en su camino
hacia la Tierra, el rayo en cuestión se desviará de su camino inicial tomando
otra dirección. Veremos cómo las estrellas más lejanas se ven en una posición ligeramente diferente en el cielo.
Cuanto más diferente sea esta posición más masa tiene la estrella que está desviando la luz. Y voilá, ya tenemos la masa de la estrella.

Haz click aquí para ver animación de cómo las estrellas de fondo cambian su posición al pasar una estrella por delante de ellas.

9. Cuestión de tamaño

Cuando era pequeño y miraba el cielo sólo veía tres o cuatro estrellas, las más brillantes. Me sentía con suerte de que hubiera estrellas lo suficientemente brillantes como para brillar más que el cielo de la ciudad. Así que me pregunté qué hacía especiales a aquellas estrellas para brillar más que las demás.

Era una pregunta a la que no encontré una respuesta fácil. Es decir, yo me imaginaba las estrellas como linternas flotando en el espacio. Cogí la linterna de mi casa, la encendí y me fui alejando hasta verla como un puntito. Mi linterna no brillaba mucho desde tan lejos. Pero cuando me la iba acercando más y más al ojo, mi pupila se contraía hasta que era incluso capaz de deslumbrarme. O sea, que con la distancia las estrellas también debían brillar menos. ¿Quiere eso decir que las estrellas que brillan más en el cielo son las más cercanas a nosotros? Pues no necesariamente.

En los platós de televisión tienen unos focos muy grandes, mucho más potentes que mi pequeña linterna. Si colocara uno de esos focos a la misma distancia que mi linterna, está claro que el foco de televisión brillaría mucho más, deslumbrándome incluso desde lejos. ¡Pues vaya! Llegaba a un callejón sin salida. ¿Cómo voy a saber yo si las estrellas más brillantes del cielo son estrellas más cercanas o si brillan más porque emiten más luz que las otras.

Espera. . . Quizás cuando era un crío no lo podía saber, pero ahora sí. Ya sé calcular la distancia a las estrellas (ver entrada 7 de este blog). Así que en realidad sé también cómo de potentes son los faros estelares. Sé cuál es su brillo intrínseco.

Asi pues, ¿qué opináis? Si calculamos el brillo intrínseco de todas las estrellas corrigiendo el factor de la distancia, ¿qué veremos? ¿Que todas las estrellas brillan igual intrínsecamente y algunas las vemos más brillantes sólo porque están más cerca? ¿O realmente no todas las estrellas emiten la misma cantidad de luz? No sé que habréis contestado pero la segunda opción es la correcta: No todas emiten igual.

¿Y cómo puede ser que haya estrellas que brillan más que otras? A ver si me sé la respuesta... Pensemos... Como las estrellas brillan por el hecho de estar calientes (ver entrada 8 de este blog), seguro que las estrellas que brillan más son las que están más calientes, ¿no?

¿Os acordáis de cómo se sabe la temperatura de una estrella? Pues bien, si miramos cómo depende el brillo intrínseco de la temperatura tenemos la siguiente figura:

Diagrama Hertzprung-Russell. Este diagrama muestra que las estrellas de cierta 

temperatura no pueden tener cualquier brillo intrínseco. 

La mayoría se concentran en una línea que cruza el diagrama en diagonal, 

aunque también hay estrellas fuera de esta secuencia principal.

En esta figura hemos pintado en vertical la luminosidad de las estrellas, lo que emiten, y en el eje horizontal la temperatura (con las estrellas más frías a la derecha y las más calientes a la izquierda).

Vemos que, efectivamente, las estrellas más calientes emiten más que las más frías en general, pero no siempre. Hay algunas estrellas frías (o sea, rojas) que brillan mucho (parte superior derecha de la Fig. 2.7). ¿Cómo puede ser?

Eso no me fue tan difícil de imaginar. Simplemente me imaginé qué pasaría si juntaba muchas linternas debiluchas como la mía y las ponía todas juntas. Si comparara la luz sumada de todas las linternas seguro que brillaría más que el foco de televisión que me deslumbraba. Por ejemplo, la pantalla de la tele o del ordenador, está compuesta de muchas luces pequeñas (píxeles o LEDS, depende del tipo de tele) que, juntas, pueden incluso iluminar el comedor de mi casa cuando veo una peli de miedo con las luces apagadas, pero que una por una no ilumina casi nada.

No estoy diciendo que aquellas estrellas frías que brillan más que las más calientes en realidad sean muchas estrellas juntitas. Sino que simplemente son estrellas más grandes (con mayor superfície emisora) y brillan tanto como las más calientes pero más pequeñas. Así que para saber el tamaño de una estrella basta con ver cuanta luz emite y, sabiendo la temperatura, ya tenemos su tamaño.

Y aunque parezca mentira, este método para averiguar el tamaño de las estrellas a partir de lo que brilla intrínsecamente es más fácil que el método directo, es decir, mirar la estrella con muchos aumentos y medir su tamaño. Este último método sí que se utiliza para medir el tamaño de los planetas y estrellas más cercanas, pero con las estrellas lejanas necesitamos muchos más aumentos para distinguirlos como cosas no puntuales y saber su tamaño, lo cual es difícil de conseguir.

Una última esperanza nos queda para medir el tamaño de esas estrellas lejanas sin la ayuda de su luminosidad. Y esa esperanza pasa por que forme parte de un sistema binario eclipsante. Un sistema binario son dos estrellas que giran una en torno a la otra. Se llama eclipsante si estan alineadas con la Tierra, de forma que cuando una pasa frente a la otra, aquella produce un eclipse. Durante estos eclipses, la cantidad de luz que recibimos es menor (o mayor, dependiendo de si la estrella que eclipsa es menos brillante o más brillante que la otra). Mirando lo que dura el eclipse, es decir el tiempo que una estrella tarda en pasar por delante de la otra, se puede saber el tamaño de las estrellas si sabemos la distancia al sistema. Ingenioso, ¿no?

 

 Midiendo lo que tarda una estrella en pasar por delante de otra en un sistema doble 

podemos saber el tamaño de las estrellas del sistema.