(Revisión 2025)
La entrada anterior de esta serie que titulamos “Biografía del Universo” la dedicamos a introducirnos en el mundo de las estrellas, hablando de las más antiguas, las de Población III, y de sus hijas, las de Población II. La cortamos ahí, pues ya se nos iba haciendo larga. Hoy procede seguir con la saga familiar, ya que la vida continúa.
La siguiente generación de estrellas fueron las de Población I. Normalmente son estrellas jóvenes, que se encuentran habitualmente en las galaxias espirales y, según sea su edad, se sitúan en ellas en distintas zonas: las más jóvenes cerca del bulbo de la galaxia y las de mayor edad alejadas de este centro. Ya hemos comentado que tienen una alta metalicidad, la mayor entre la de las tres poblaciones de estrellas.[1] Apoyados en esta característica, hasta hace poco se pensaba que la alta metalicidad les hacía las mejores candidatas para tener sistemas planetarios, en especial los de tipo rocoso que precisan de carbono, hierro, níquel o silicio, entre otros. Sin embargo, gracias a la misión Kepler, se han encontrado este tipo de planetas alrededor de estrellas con un amplio rango de metalicidades, e incluso se han hallado planetas gigantes gaseosos que sorprendentemente se encuentran agrupados alrededor de estrellas de alta metalicidad. Aún hay mucho que aprender.
Una vez presentadas las tres poblaciones estelares, y antes de pasar a desarrollar un poco más el tema de los sistemas planetarios, conviene dar un último apunte sobre la biografía de las estrellas. En la entrada número 25 habíamos apuntado que las primeras galaxias fueron muy abundantes y con estrellas jóvenes irradiando en la frecuencia ultravioleta. Con el tiempo el número de galaxias ha descendido, y se estima que hasta hoy lo ha podido hacer en un factor de 20. Podemos extender la misma curiosidad a las estrellas: ¿hay más ahora que antes? ¿al revés? ¿cuál pudo ser la dinámica en su formación?
Los astrónomos hacen sus cálculos a partir de la luminosidad de las galaxias, lo que les permite hacer una razonable extrapolación de la cantidad de estrellas que las “habitan” (ver las curvas que siguen). A partir de las lógicamente escasas primeras estrellas formadas, se debió dar una escalada en su población hasta alcanzar para corrimientos al rojo del orden de 6 o 5[2] una meseta que más o menos se mantuvo hasta un z=1.[3] A partir de entonces se observa un progresivo declinar en el número de las estrellas. Habrá que pensar que el Universo andaba más revuelto en el pasado que en nuestros días.
Evolución estelar a lo largo de la vida del Universo. Arriba según la fracción de edad del Universo desde hoy. Abajo referenciado la edad retrospectiva del Universo desde hoy (corrimiento al rojo SFR = Star Formation Ratio) (Imagen a extraída del curso on-line ”El Universo en formación”, por el profesor S. George Djorgovski, CALTECH, fair use)
Pero sigamos con nuestro relato, ahora hacia los sistemas planetarios. En algún momento en el camino de compactación del halo estelar, la conservación del momento angular hará que se achate en su parte más externa generando un disco que más tarde formará un sistema planetario. Hablemos un poco de ello.
Una galaxia espiral que nos es muy familiar es aquella en la que vivimos: nuestra galaxia, la Vía Láctea. Se formó hace 13.210 millones de años a partir de un colapso gravitatorio. En ella nació nuestro sistema solar hace unos 4.6 mil millones de años, a partir del colapso gravitacional de una nube molecular fría y densa, compuesta mayoritariamente por moléculas de hidrógeno, aunque enriquecida con elementos más pesados generados por generaciones anteriores de estrellas. En el centro de nuestro sistema solar se encuentra el Sol, que surgió como resultado de este proceso de formación estelar. Es una estrella de población I estable, a la que aún le quedan por delante otros 5 mil millones de años de vida. Tiene su sistema planetario, y estamos seguros de que no es de los más viejos puesto que sabemos que en el universo se habían formado planetas desde una época muy temprana.
La misión Kepler nos ha permitido encontrar al sistema planetario más antiguo conocido por ahora. Tiene 11.200 millones de años, a 2.600 millones de la expansión del Big Bang. Se trata del sistema planetario de la estrella Kepler-444, que se encuentra en nuestra galaxia a solamente 117 años luz de distancia de nosotros. Lo que sabemos por ahora nos habla de cinco planetas rocosos más pequeños que la Tierra.
Sistemas planetarios que actualmente se encuentran en formación en la Gran Nebulosa de Orión (Imagen: NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA), HST Orion Treasury Project Team y L. Ricci (ESO) CC BY 4.0)
Gracias a los nuevos telescopios como el Hubble se empieza a entender cómo se originan estos cuerpos secundarios. Este telescopio ha estudiado la Gran Nebulosa de Orión y ha obtenido unas excelentes imágenes en las que se aprecian con toda claridad multitud de proto discos planetarios con claroscuros, resultante de la luz de su joven estrella y la opacidad del polvo que los forma. Evidentemente son el resultado de un colapso gravitatorio. Una vez más, grandes masas de gases y polvo, principalmente partículas de silicatos, carbonatos o hielo, formaron una burbuja de materia.
Bajo la influencia de la gravedad, la burbuja de gas y polvo comenzó a colapsar sobre sí misma y a girar, conservando el momento angular de sus partículas. Este proceso dio lugar a la formación de un disco protoplanetario, en cuyo centro se encendió una estrella. En las regiones periféricas, cada vez más frías a medida que se alejaban de la estrella central, comenzaron a formarse los planetas. Se cree que estos discos iniciales presentan una estructura extremadamente delgada, con un espesor vertical mucho menor que su radio, y una masa comparativamente pequeña en relación con el núcleo central, que puede concentrar hasta el 98 o 99% de la masa total. El material del disco está compuesto mayoritariamente por gases que encapsulan granos de polvo, fundamentales para los procesos de formación planetaria. Además, se estima que las regiones internas del disco poseen una dinámica relativamente estable y tranquila, mientras que las zonas exteriores están dominadas por un plasma altamente turbulento.
No se sabe muy bien cuál pudo ser el mecanismo originador de los planetas en este halo estelar. Quizás no haya uno sólo. Hoy por hoy se cree que los planetas pudieron aparecer o bien por acreción del polvo en el disco, o bien por inestabilidades gravitatorias, llamémosles remolinos secundarios, dentro del disco giratorio. Estas podrían ser producidas por el paso de ondas de presión resultado de la explosión de supernovas cercanas. Los modelos estudiados indican que el primer proceso es muy lento y el segundo mucho más rápido. Y la velocidad importa, ya que lo que realmente se ve al observar el espacio es que las nuevas estrellas pierden su disco original en un periodo de 10 millones de años en promedio. Cualquier planeta que no se haya formado en este tiempo ha perdido el tren.
Imagen tomada por el telescopio ALMA en Atacama, que corresponde al sistema protoplanetario HL Tauri (Wikipedia: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), CC BY 4.0)
La acreción planetaria presenta tres fases (ver imagen de abajo). En la primera, con las primeras concentraciones locales de polvo y partículas que van barriendo el disco a una determinada distancia radial del bulbo central, se va generando un anillo específico cada vez más limpio donde luego acabará apareciendo un solitario planeta. Esta fase puede durar hasta medio millón de años, durante los que se habrá ido formando en el anillo una masa sólida superior a la de la Luna, cuando el planeta haya “depredado” casi todo el material en su zona de influencia. En la segunda fase, más estable, esta masa de tamaño lunar, además de seguir barriendo polvo y partículas, atrae gas sobre su superficie, creando lo que podemos asimilar a una protoatmósfera. Esta fase será la que condicione el tiempo de formación del planeta. Cuando la masa gaseosa es igual a la sólida, y eso sucede más o menos cuando el planeta tiene de 5 a 20 veces la masa de la Tierra, comienza un incremento exponencial en la fijación de gas atmosférico acompañado por los últimos coletazos de captación de sólidos, iniciándose una carrera hacia la formación de planetas gigantes gaseosos del tipo jupiteriano. Esta última fase es muy rápida y tiene que acabar antes de que desaparezca el disco planetario, que como dijimos finalizará su vida en un periodo máximo del entorno de los 10 millones de años.
Modelo de acreción de planetas gaseosos (Gráfico: James B Pollack, Icarus 124, 1996, fair use)
Cuando la protoestrella comienza a fusionar hidrógeno en su núcleo, se produce un intenso viento estelar compuesto por partículas que se dispersan hacia el exterior.[4] Este viento arrastra las moléculas más ligeras del disco protoplanetario, como el agua, el amoníaco, el metano y el dióxido de carbono, dejando en las regiones cercanas a la estrella únicamente las moléculas más pesadas, como los silicatos y los metales. En estos sistemas aparece una región conocida como la línea de hielo, que marca la frontera dentro del disco protoplanetario donde la radiación de la estrella ya no es suficiente para evitar la condensación de las moléculas más volátiles. Más allá de esta línea, las bajas temperaturas permiten que dichas moléculas se congelen y queden atrapadas en forma de capas heladas sobre las partículas de polvo presentes en el disco. Los experimentos en laboratorio han revelado que este proceso de congelación no genera hielo sólido como tal, sino una especie de nieve porosa. Este tipo de estructura porosa favorece aún más la adhesión de partículas de polvo, iniciando la formación de conglomerados más grandes. Sin esta adherencia, las partículas tenderían a colisionar de manera elástica y a dispersarse. Como resultado, la acreción gravitatoria dentro del disco conduce a la formación de planetas rocosos en las regiones internas del sistema, mientras que en las regiones externas, más allá de la línea de hielo, se desarrollan planetas gigantes gaseosos.
Antes de acabar esta entrada aporto una de las maravillosas imágenes conseguidas con el telescopio James Webb que nos permite ver en directo todo lo dicho con antelación. Realmente es una ventana a cómo se veía nuestro sol y nuestro sistema solar en su infancia, quizás cuando sólo tenía unos cien mil años.
Se trata de una imagen real en infrarrojo de la protoestrella L1527 cuando aún no había encendido su horno de hidrógeno y que nos brinda una inédita información sobre los comienzos más remotos de una nueva estrella. La protoestrella en sí está oculta a la vista dentro del vértice central, al que se ve atravesado por una línea oscura: su disco protoplanetario visto de canto que tiene, aproximadamente, el tamaño de nuestro sistema solar. La luz de la protoestrella se filtra por encima y por debajo de él iluminando al gas y el polvo circundantes. El proyecto de estrella aún no tiene mucha forma, aún es una pequeña masa de gas caliente e hinchada por algún u otro lugar, con una masa entre el 20 y el 40% de la de nuestro sol, aunque sigue en crecimiento.
Imagen de la protoestrella L1527 (modificada de NASA, ESA, CSA, and STScI, J. DePasquale (STScI), uso no comercial)
Las nubes azules y naranjas dibujan las cavidades creadas por el material que salió disparado de la protoestrella y chocó con la materia circundante. Los colores en sí se deben a las capas de polvo entre el telescopio y las nubes. El polvo cósmico es menso transparente para los fotones de longitud de onda pequeña -azul- que para los de onda larga -roja-, por lo que en la imagen las zonas azules coinciden con los sitios donde el polvo es más fino. Mientras que las zonas donde la capa de polvo es más gruesa, donde la luz azul escapa con dificultad, se crearon las bolsas de color naranja.[5] También pueden verse los filamentos de hidrógeno molecular con los que ha chocado el material expulsado de la protoestrella. Esos choques y las turbulencias dificultan la formación de nuevas estrellas, con la consecuencia de que la protoestrella domina el espacio y se queda con gran parte del material disponible. No obstante la espectacular estructura, a L1527 le queda aún un largo camino por recorrer antes de convertirse en estrella de pleno derecho.
Llegados a este punto del relato, cuando ya han aparecido todos los actores principales, no nos queda más que explicar cómo es el escenario, cual es el ballet cósmico que representan, cómo se distribuyen a través del espacio-tiempo. Así que la siguiente entrada la vamos a dedicar a observar las magníficas estructuras luminosas -¡y oscuras!- que atraviesan el vacío cósmico de nuestro Universo.
- La metalicidad de las estrellas (es decir, la proporción de elementos más pesados que el helio, representada por [Fe/H]) varía significativamente entre las estrellas de Población I y Población II, reflejando su formación en diferentes épocas de la evolución del universo.
Tipo de estrella
Metalicidad [Fe/H]
Población I (disco galáctico)
0 a +0.3 (similar o superior al Sol)
Población II (halo galáctico)
-1 a -4 (muy baja metalicidad)
Extremadamente pobre en metales
< -4 (estrellas antiguas raras)
[↩]
- Cuando la edad del Universo era de unos 1.000 millones de años. [↩]
- Edad del Universo de 6.000 millones de años. [↩]
- Recordad que la masa de las estrellas es un plasma de átomos ionizados, en su gran mayoría núcleos de hidrógeno -protones- e iones de helio en un perfecto chapuzón con los electrones que perdieron en su ionización. La temperatura es altísima -en el Sol, de unos 6.000K- lo que quiere decir que las partículas más ligeras de este plasma, protones y electrones, pueden saltar al exterior e independizarse, iniciando un largo viaje a velocidades próximas a la de la luz. En nuestro sistema constituyen lo que llamamos viento solar. [↩]
- A este fenómeno físico se le conoce en cosmología como reddening, “enrojecimiento”. En astronomía el enrojecimiento interestelar es un fenómeno por el que el espectro de radiación electromagnética emitido por una fuente de radiación cambia sus características. Se produce debido a la dispersión de la luz por el polvo y otras materias en el medio interestelar. El enrojecimiento elimina preferentemente los fotones de longitudes de onda más cortas extinguiéndolos, mientras que no actúa, o lo hace con menos intensidad, sobre los fotones de longitud de onda más larga, dejando sin embargo a las líneas espectroscópicas sin cambios. Es un fenómeno diferente al del corrimiento al rojo producido por el alargamiento que experimenta, por efecto de la expansión del Universo, la longitud de onda de una luz emitida. [↩]
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{ 21 } Comentarios
para la formación de nuestro planeta los elementos pesados llegaron en los asteroides me imagino , o de explosiones de supernovas tipo 2 cercanas .
Hola Abdel,
las grandes explosiones de las supernovas generan la energía suficiente para fusionar elementos de número atómico por encima del hierro. La onda energética de la explosión, si atraviesa una de las nubes de gases interestelar que están por el universo (y seguramente siempre es así pues las estrellas nacen y mueren dentro de esas nubes incubadoras), es capaz de fusionar los elementos que allí se encuentran generando los de número atómico por encima del del Fe. Estos elementos más pesados quedan en la nube de gas conjuntamente con los que antes estaban ya allí. La misma energía de la explosión puede desestabilizar los gases de la nube e inducir una concentración de masas que a la larga, si tiene las condiciones necesarias, provocará la generación de una nueva protroestrella con su disco de protoplanetas. Lógicamente en el material de ese disco y de esa estrella naciente se encuentran nuestros elementos, los primordiales y los secundarios. Una vez creado un planeta, como la Tierra, allí queda la materia inicial de la nube que ya estaba enriquecida con níquel, con rubidio, con uranio… Es evidente que en los asteroides también se encuentran estos elementos más pesados pues salieron de la misma nube de gases inicial, pero la Tierra cuando se formó ya los tenía, sin necesidad de que le aportara su parte los múltiples asteroides que chocaron en los primeros años de formación cuando el bombardeo intenso tardío. De todas formas, y como curiosidad, te comento que se suele decir que en el Universo hay 75% de hidrógeno 25% de Helio. Eso suma 100. Y eso no es demasiado disparatado ya que el resto de elementos por encima del Helio no llegan ni al 1% del Universo.
En un comienzo los planetas gaseosos se encontraban más cerca del sol , lo leí por ahí .
Hola Baran,
leíste bien. Para todos los que estéis interesados en el tema propongo un enlace a un completísimo y asequible artículo de Daniel Marín en el blog Naukas: http://danielmarin.naukas.com/2011/07/04/la-historia-del-sistema-solar-o-de-como-saturno-salvo-a-la-tierra/
Hola
Nunca entendí por qué a las primeras estrellas no se las llamó Poblacion I, y luego contando hacia adelante (en lugar de hacia atrás).
Saludos
Hola Cavaliery,
yo tampoco sé exactamente el motivo de este orden, pero me imagino que es el lógico dado que el misterio parte de hoy y se extiende hacia los tiempos más remotos del universo. Las estrellas más modernas las conocemos, la generación anterior en cierta medida también aunque aún andemos detrás de ellas… pero de “las abuelas” solo tenemos indicios, solo sabemos de forma indirecta de su necesaria existencia.
en general , cada vez que leo en revistas o diarios serios de divulgación científica encuentro que casi todos fallan en las distancias interestelares , o en los números grandes en general . cito textual . “A este respecto, los investigadores han calculado que en un radio de 70 años luz alrededor del centro galactico la separación media entre estrellas es de “apenas” entre 75 y 750 millones de km, mientras que en nuestra región de la galaxia la estrella más cercana al Sol se encuentra a más de 40.000 millones de km de distaancia”….. 40 billones de kms es más cercano a lo real . lamentablemente uno termina poniendo en duda los otros valores en la publicación . si no fuera porque ya lo he leído en otros sitios cualquiera dudaría que dos estrellas puedan estar casi a la misma distancia en la que se encuentran Mercurio y nuestro Sol . en fin , felicito a quienes hacen posible éste blog de divulgación científica .
Hola Dino,
lo primero… gracias por tus amables palabras. No sé si siempre cumpliremos pero nuestra intención siempre es dar la información más contrastada.
Estoy de acuerdo contigo que en los medios se leen algunas noticias con titulares que te ponen los pelos de punta, o son sensacionalistas o directamente son falsas. Por no decir amparadas por un “inocente” wishfull thinking que arrima el ascua a su sardina. Las prisas en algunas redacciones conllevan el que se presenten como ciertos, temas en los que no se ha empleado ni un minuto en contrastar. Por no decir la comunicación de hechos como trascendentes cuando realmente son una gota en el mundo de la ciencia, que quizás en el futuro será un mar pero que en el momento que se presenta al público son meramente un indicio a contrastar con otras investigaciones alternativas.
En el caso que comentas (creo que en http://www.abc.es/ciencia/abci-agujeros-negros-supermasivos-crean-planetas-rocosos-como-tierra-201803082117_noticia.html) el articulista se equivocó en un factor de 1000 en la distancia entre el Sol y Próxima Centauri (¿se equivocó al pensar en billones americanos y europeos?). El articulista también comenta que alrededor del centro galáctico la separación media entre estrellas es de “apenas” entre 75 y 750 millones de km, lo que da mucho que pensar ya que el Sol está de la Tierra a 150 millones de kilómetros. Sin embargo en el artículo original del Astrophysical Journal Letters de 26 de febrero de 2018 [ http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aaab46/pdf ] se dice que la separación entre estrellas en el centro galáctico es de 500 a 5000 unidades astronómicas (10exp5 a 10exp6 millones de kms).
Dicho lo anterior sí quiero resaltar lo importante del artículo que se recoge en su título: “Habitable Evaporated Cores and the Occurrence of Panspermia Near the Galactic Center”. ¡Qué también se las trae! Este es el curioso razonamiento: “Black holes growing via the accretion of gas emit radiation that can photoevaporate the atmospheres of nearby planets… this removal results in bare rocky cores, many of which are situated in the habitable zones of G-type stars… The high stellar densities in this region… imply that the distance between neighboring rocky worlds is short (500–5000 au)… The proximity between potentially habitable terrestrial planets may enable the onset of widespread interstellar panspermia near the nuclei of our galaxy.” ¡Ahí queda eso!
encontré en la web una noticia acerca del un original nacimiento de estrellas en las nubes de Magallanes y quiero compartirlo con los amigos del Cedazo y naturalmente con nuestro querido amigo Jreguart . haber si te llama la atención y comentas tu impresión de la noticia ; que a mi personalmente me impresionó mucho y como estamos en el tema justo ahora , que mejor …. ¿no crees tu? aquí va el enlace . http://ingenieria.uchile.cl/noticias/141790/encuentran-formacion-estelar-en-periferia-de-gran-nube-de-magallanes
Hola Nahuel,
muchas gracias por tu aportación. Realmente, si es cierto lo que los investigadores proponen, la generación de estrellas por la acción de masas fuera de la propia nube que forma la galaxia madre se revela como un mecanismo atípico a lo que normalmente se pensaba. Realmente aun tenemos que descubrir mucho de nuestro Universo.
“La onda energética de la explosión, si atraviesa una de las nubes de gases interestelar que están por el universo (y seguramente siempre es así pues las estrellas nacen y mueren dentro de esas nubes incubadoras), es capaz de fusionar los elementos que allí se encuentran generando los de número atómico por encima del del Fe” . la noticia de Nahuel me hizo recordar esta información que entregas en ésta serie , aunque son de diferente origen , igual es fascinante la forma como suceden estas cosas en el universo . La realidad no necesita de la ficción para impresionarnos . cada día nos trae tantas sorpresas en todos los ámbitos .
“la interacción gravitacional entre estas galaxias, junto con la interacción de ambas con la Vía Láctea, ha generado ondas de presión que se desplazan a través del espacio y que comprimen el material en algunas zonas”. ¿estas ondas de presión , probables generadoras de éstas estrellas son algo así como fuerzas de marea gravitacionales?
Hola Fernando,
desgraciadamente no puedo aportar luz a tu pregunta. No soy experto en el tema. Por lo que leo en el artículo que nos ha propuesto Nahuel, creo que el fenómeno de consolidación de estas jóvenes estrellas en el halo de la nube también representa una sorpresa y genera duda en sus descubridores: “… nos da pistas sobre cómo ha sido la interacción entre la nube grande y la nube chica…“. En otra reseña leo que: “El hecho que exista formación de estrellas a tan larga distancia del centro de la Gran Nube de Magallanes es un indicio de que hay interacción con otras galaxias, en este caso probablemente con la Pequeña Nube de Magallanes, ya que cuando interactúan se perturban y pueden estresar el gas, el que se comprime y colapsa, formando nuevas estrellas.”“. Lo que no deja de ser una apunte acerca de una posible hipótesis siempre dentro del campo de la influencia gravitatoria. Seguiremos el tema que puede resultar apasionante.
La fricción es una parte importante en los efectos de marea gravitacionales , y ésta puede ser un componente a considerar . Éstos son efectos secundarios de la interacción gravitatoria.
Muchas gracias Galo.
Así es , la fricción genera calor y si ésta se genera por los tirones gravitacionales entre galaxias cualquier cosa puede suceder. Parece ser una buena idea creo yo .
“Fibras de gas interestelar formando estrellas en Orión”. información que sirve de complemento para los cedaceros que siguen ésta entrada . http://www.elmundo.es/ciencia-y-salud/ciencia/2018/03/26/5ab52e4722601d634d8b457b.html
Muchas gracias Franco. Yo quiero aportar esto que acabo de leer relacionado con la materia oscura de algunas galaxias: http://www.elmundo.es/ciencia-y-salud/ciencia/2018/03/28/5aba607e46163f8e628b45a5.html. En este artículo aparece la siguiente frase: “los que ya conocen sus resultados, dice Van Dokkum, la han acogido con “una mezcla de escepticismo e interés“. Así es la ciencia. Habrá que buscar evidencias en otros casos.
todos los cisnes son blancos , todas las galaxias tienen materia oscura ….. eso es lo bueno de uno de los pilares del método científico : el falsacionismo.
Sería interesante saber si las estrellas más alejadas del centro de esa galaxia tienen velocidades mayores como sucede cuando existe materia oscura .
exactamente , en el halo galáctico se encuentra gran cantidad de materia oscura tirando de las estrellas exteriores de las galaxias , y si en ésta galaxia no existe materia oscura , entonces cómo explicar su dinámica interna en este caso tan extraño ?
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