Fuerzas que mantienen las estrellas en equilibrio estable

Publicado el 3 noviembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Permaneciendo estable y equilibrado

Una persona que está bien equilibrada puede ser alguien que sea realmente bueno para equilibrarse en algo como una cuerda floja sobre un cañón. O esa terminología podría significar que son emocional y mentalmente estables. O tal vez apunta a alguien que es bueno en muchas cosas diferentes. En cualquiera de esos casos, la persona se encuentra en una especie de equilibrio, donde el equilibrio la mantiene estable y centrada.

Las estrellas también deben encontrar un equilibrio en sus vidas para mantener una especie de equilibrio. Esta lección explicará cómo las estrellas encuentran este equilibrio y paz interior en su núcleo.

Equilibrio hidrostático

Podrías estar pensando que mi uso del término ‘paz interior’ es solo una linda metáfora, pero en realidad, el núcleo interno de una estrella juega un papel importante en este equilibrio.

La estabilidad de una estrella es un equilibrio de fuerzas y propiedades, incluida la gravedad, la densidad, la temperatura y la presión.

Para el propósito de esta lección, podemos, de manera algo extraña, comparar una estrella con una antigua pirámide de piedra. Sé que piensas que estoy loco, pero te ayudará a entender mucho mejor esta lección.

Una pirámide egipcia está formada por capas sobre capas de piedras. La piedra hasta la punta de la pirámide no tiene que soportar más que el peso del aire presionando sobre ella, que no es nada en realidad. A medida que nos movemos hacia abajo desde la punta de la pirámide hasta la base, cada capa sucesiva tiene que soportar el peso que viene de la capa superior.

Si bien una estrella no tiene capas de concreto como una pirámide, no obstante, se aplica exactamente el mismo principio y es una buena herramienta conceptual para esta lección.

La capa interna más profunda de una estrella debe soportar el peso de las capas superiores presionando hacia adentro como resultado de la fuerza de la gravedad. Para mantener la estabilidad, una capa más profunda debe contrarrestar esto con la presión del gas empujando hacia arriba y hacia afuera, ¡presión del gas porque el interior de una estrella está hecho de gas! Pero tu ya lo sabias.

De todos modos, puede pensar en la presión del gas como sus músculos sosteniendo un peso de press de banca sobre su pecho, un peso que está tratando de empujar hacia abajo sobre su pecho para comprimirlo y dificultarle la respiración.

Este equilibrio estable, la presión hacia afuera de los gases calientes que equilibra la atracción de la gravedad hacia adentro, se llama equilibrio hidrostático . La palabra hidrostática proviene de hidro- , que significa agua e implica un fluido como un gas, y -estático , que implica estabilidad. En general, lo que abarca el término equilibrio hidrostático es el hecho de que los fluidos de una estrella, sus gases, no se expanden ni contraen cuando está estable.

Presión, densidad, temperatura

La presión de un gas en tal equilibrio depende de la temperatura y densidad del gas.

En las capas superficiales de una estrella, hay muy poco peso presionando hacia adentro. Nuevamente, imagina nuestra pirámide de antes. No hay muchas piedras presionando las capas superiores. Para una estrella, esto significa que la presión del gas que contrarresta el poco peso desde arriba no necesita ser muy alta para lograr la estabilidad.

A medida que profundizamos cada vez más, la presión del gas tiene que ser cada vez más alta para mantener la estabilidad. Esto, por extensión, significa que la temperatura y la densidad de un gas en esa capa también deben ser más altas.

Esto significa que para que una estrella sea estable, el núcleo interno de una estrella debe tener una temperatura, densidad y presión altas para soportar su propio peso.

Esto es fácil de recordar. Pensemos en otra pirámide para ilustrar por qué. Miremos una pirámide humana.


Pirámide humana
pirámide humana

La capa inferior de personas tiene que soportar todo el peso de una pirámide. Hay más personas de pie en la capa inferior, lo que significa que están apiñadas, es decir, más densas. La presión es mucho mayor sobre ellos para mantener el peso masivo sobre ellos en comparación con las capas externas de la pirámide humana. Y debido a que están trabajando extremadamente duro para contraer sus músculos y levantar a todos los que están por encima de ellos, comienzan a sudar a medida que se calientan más y más por todo ese ejercicio.

Reacciones nucleares

Hacia adelante…

La energía de una estrella, a través de reacciones nucleares, se produce gracias al hecho de que está tan caliente en su núcleo. Estas reacciones nucleares producen la energía suficiente para equilibrar la atracción de la gravedad hacia adentro que mencioné antes. Digo “lo suficiente” por una razón.

Esto se debe a que si una estrella generara demasiada energía, sus capas se expandirían hacia afuera. Esto haría que la temperatura y la densidad en el núcleo cayeran. Esto, a su vez, haría que nuestras reacciones nucleares se ralentizaran y volvieran al equilibrio.

Por el contrario, si nuestras reacciones nucleares comenzaran a caer, lo que significa que producirían muy poca energía, la estrella se contraería un poco. Esto aumentaría la densidad y la temperatura central de la estrella, lo que a su vez haría que las reacciones nucleares volvieran a un nivel estable.

Este concepto, en el que una estrella tiene su propio regulador de temperatura y presión, se conoce como termostato de temperatura y presión.

Relacionar la luminosidad con esta lección

Ahora, otras lecciones le han señalado el hecho de que cuanto más masiva es la estrella, más luminosa es. Recuerde que la luminosidad se refiere a la energía total que irradia una estrella en un segundo.

Una estrella más masiva, como una gigante roja, es más luminosa que un objeto más pequeño, como una enana blanca. ¿Pero por qué?

Bueno, ahora tiene todo el conocimiento que necesita para responder a esta pregunta.

Una estrella gigantesca, como una pirámide gigantesca, tiene una enorme cantidad de peso presionando sus capas interiores. Eso no es difícil de entender. Pero, ¿cómo contrarrestaremos este peso basándonos en todo lo que ha aprendido hasta ahora? El núcleo debe estar caliente y la presión debe ser alta, así es como. Como resultado, esto significa que la estrella produce más energía para soportar su propio peso.

Resumen de la lección

Puedes imaginar una estrella como una serie de capas. La fuerza de gravedad hacia adentro se equilibra con la fuerza de presión hacia afuera para mantener estable la estrella.

Este equilibrio estable, la presión hacia el exterior de los gases calientes que equilibra la atracción de la gravedad hacia el interior, se denomina equilibrio hidrostático . La palabra hidrostática proviene de hidro- , que significa agua (e implica un fluido, como un gas), y -estático , que implica estabilidad.

La presión de un gas que empuja hacia afuera y contrarresta el peso desde arriba depende de la temperatura y densidad del gas. Esto significa que las capas internas son muy densas y muy calientes para soportar todo el peso sobre ellas, en comparación con las capas externas que necesitan soportar relativamente poco peso.

La energía de una estrella, a partir de reacciones nucleares, se produce en su núcleo gracias al alto calor del propio núcleo. A su vez, la energía producida por las reacciones nucleares ayuda a equilibrar la atracción hacia adentro de la gravedad.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, podrá:

  • Describe la relación entre la presión y la gravedad que ayuda a mantener estable una estrella.
  • Definir equilibrio hidrostático
  • Explica cómo la temperatura y la densidad afectan la estabilidad de una estrella.
  • Resume cómo se produce la energía de una estrella

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