¿Cuál es el objeto más denso del universo? ¿El más brillante? ¿El más ruidoso? En su nuevo libro Cosmos Extremo (Perigee, 2012), el astrónomo Bryan Gaensler desvela los poseedores de los récords cósmicos de estos y otros muchos títulos. En un extracto a continuación, del capítulo «Extremos de temperatura», Gaensler explica la física que hay detrás de algunas de las estrellas más calientes conocidas:
Todos sabemos que si calientas algo, brilla. Un atizador en el fuego brilla con un color naranja o rojo apagado, mientras que una bombilla convencional (incandescente) funciona calentando un filamento de tungsteno a varios miles de grados para que brille de color amarillo o blanco. Se trata de casos especiales de un proceso universal que el físico alemán Max Planck explicó por primera vez: Prácticamente todos los objetos (ya sea en la Tierra o en el espacio) irradian luz, y el color de esta luz está ligado a la temperatura del objeto.
Podemos ver este efecto, conocido como «ley de Planck de la radiación del cuerpo negro», en acción siempre que observamos los diferentes colores de las estrellas. Nuestro Sol es una estrella razonablemente media. Su temperatura superficial de 9.900 grados F resulta en una luz amarillenta, tal y como predicen las ecuaciones de Planck.
Betelgeuse, una estrella brillante en la constelación de Orión, es mucho más fría, unos 6.900 grados F, por lo que incluso a simple vista tiene un tono rojo fácilmente identificable. La estrella más brillante del cielo nocturno, Sirio (también conocida como la «Estrella del Perro»), tiene una temperatura superficial de unos 18.000 grados F, lo que le da su tinte azulado.
Pero hay otras estrellas, invisibles a simple vista, que son mucho más calientes que Sirio. Como veremos más adelante en este capítulo, la verdadera acción tiene lugar en las profundidades del núcleo de la estrella, donde la furia de la fusión nuclear genera todo el calor y la luz de la estrella durante miles de millones de años. Pero cuando una estrella típica agota finalmente todo su combustible, expulsa la mayor parte de sus capas exteriores en una cáscara de gas que se expande lentamente, dejando al descubierto el núcleo central. Este núcleo, una pequeña y densa bola de helio, carbono y elementos más pesados, ya no quema ningún gas mediante la fusión nuclear, pero sigue estando increíblemente caliente. Esta brasa moribunda, conocida como «enana blanca», se encuentra ahora entre las estrellas más calientes del Universo, tan caliente que ilumina la envoltura circundante de gas expulsado para formar una exquisita nube brillante conocida como «nebulosa planetaria».»
Entonces, ¿cómo de caliente es una enana blanca recién formada? La actual poseedora del récord se encuentra en el corazón de una hermosa nebulosa planetaria. Esta nube de gas brillante, a la que los astrónomos se refieren como «NGC 6537» pero que se conoce más comúnmente como la «nebulosa de la araña roja», se encuentra a unos 2.000 años luz de distancia hacia la constelación de Sagitario. (Un año luz es la distancia que se puede recorrer en un año si nos movemos a la velocidad de la luz, un total de algo menos de 6 billones de millas. Por tanto, ¡2.000 años luz son unos 12.000 billones de millas!)
Durante todo el siglo XX, la enana blanca central de la nebulosa de la Araña Roja eludió su detección, y su temperatura siguió siendo desconocida. Hay dos razones por las que estas estrellas son tan difíciles de ver. En primer lugar, son objetos diminutos enterrados en el centro mismo de nubes brillantes y luminosas que las rodean. A menudo, el brillo y la complejidad de una nebulosa planetaria ocultan su estrella central de la vista.
Pero la otra razón es que, paradójicamente, el propio calor extremo de la estrella la hace casi invisible. Como vimos anteriormente, la ley de Planck de la radiación de los cuerpos negros dicta que la temperatura de un objeto determina su color. Sirio, con su superficie a una temperatura de 18.000 grados F, es tan caliente que brilla de color azul.
¿Qué ocurre si una estrella es aún más caliente que el azul de Sirio? En estos casos, la ley de Planck sigue aplicándose, pero el brillo resultante será de un color más allá de la gama a la que son sensibles nuestros ojos o los telescopios ordinarios. En particular, los objetos mucho más calientes que Sirio brillarán en luz ultravioleta o de rayos X. Las diferentes temperaturas, y su conexión con el color a través de la ley de la radiación del cuerpo negro, revelan que fenómenos aparentemente distintos, como la luz ultravioleta y los rayos X, son en realidad sólo partes del amplio espectro electromagnético. El espectro electromagnético describe toda una gama de colores diferentes, mucho más allá de la franja de luz que podemos ver con nuestros ojos.
Así que las enanas blancas están enterradas en lo más profundo de sus nebulosas planetarias, y son tan calientes que no emiten mucha luz visible, sino que irradian principalmente en las partes ultravioleta y de rayos X del espectro. Por lo tanto, no es demasiado sorprendente que la estrella sobrecalentada del centro de la nebulosa de la Araña Roja haya permanecido oculta durante muchas décadas. Esta situación terminó finalmente en 2005, cuando Mikako Matsuura y sus colegas utilizaron el potente telescopio espacial Hubble, situado en órbita por encima de la atmósfera terrestre, para identificar una diminuta mota de luz correspondiente a la enana blanca en el corazón de la Araña Roja. En éste y otros estudios posteriores, los astrónomos han podido realizar una medición precisa del color de la estrella, y luego han utilizado la ley de Planck de la radiación del cuerpo negro para calcular su temperatura.
Los resultados son asombrosos: la temperatura de la superficie de la estrella situada en el centro de la nebulosa de la Araña Roja es de unos increíbles 540.000 grados F, más de 50 veces más caliente que el Sol y 30 veces más que la poderosa Sirio.
Esta asombrosa estrella, con su temperatura extrema y la espectacular nebulosa brillante que la rodea, tiene un interés más que académico. Porque al contemplar la Araña Roja, estamos viendo nuestro destino futuro. Dentro de unos 5.000 millones de años, el Sol también se quedará sin combustible y se desprenderá de sus capas exteriores. Todo lo que quedará de nuestra estrella y su sistema solar será una hermosa nebulosa planetaria, iluminada por una enana blanca intensamente caliente en su centro.
Reproducido de Extreme Cosmos por Bryan Gaensler por acuerdo con Perigee, miembro de Penguin Group (USA) Inc., Copyright (c) 2011 por Bryan Gaensler.