Geología y espacio
Cuando era pequeño, quería ser geólogo. Me encantaba coleccionar todo tipo de rocas y cristales geniales. Incluso conseguí uno de esos juegos de química que te permiten cultivar cristales en casa. Poco sabía entonces, cavando en la tierra, que algunas de las gemas y metales más geniales y todo eso estaban en la dirección opuesta, en el espacio.
Pero no eran solo otros planetas y meteoritos los que potencialmente contenían maravillosas riquezas sin explotar e incluso nuevos tipos de elementos: las estrellas también eran un juego limpio. Un poco extraño, ¿no? Pensé que estaban hechos de gas, no de cristales.
Pronto aprenderá por qué eso puede ser cierto cuando analicemos las características de algunos objetos celestes geniales llamados enanas blancas.
¿Qué son las enanas blancas?
Las enanas blancas son restos moribundos de estrellas inicialmente de masa inferior a intermedia (menos de 8 masas solares). Las estrellas de tamaño mediano como nuestro sol algún día expulsarán su gas al espacio y se contraerán en enanas blancas, que son aproximadamente del tamaño del planeta Tierra pero aproximadamente la mitad de la masa del sol porque son increíblemente densas.
Las enanas blancas son el segundo tipo de estrella más abundante en nuestro universo, solo superadas por las enanas rojas. Aproximadamente el 95% de las estrellas de la Vía Láctea se convertirán en enanas blancas y, por lo tanto, el resultado más probable de la evolución estelar de la mayoría de las estrellas es una enana blanca.
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Cómo se forman las enanas blancas
La razón por la que nuestra estrella no es una enana blanca en este momento es porque puede resistir las fuerzas compresivas de la gravedad tratando de convertirla en una pequeña bola generando suficiente energía a través de la fusión nuclear: fusión nuclear derivada de la quema de combustible de hidrógeno. Esta producción de energía ayuda al sol a empujar hacia afuera, contra la gravedad, para mantener su forma.
Puede relacionar este concepto con un globo aerostático que simboliza una estrella. Las fuerzas de gravedad, entre otras, querrán contraer o desinflar el globo. Pero, si quema un combustible, calienta gas (o aire) en el globo, que luego se expande hacia afuera, infla el globo y por lo tanto resiste la contracción gravitacional del globo.
Con la cantidad justa de combustible que se usa, puede mantener el globo inflado lo suficiente para que no explote o vuele, pero tampoco se desinfle. Así es como nuestro sol mantiene la misma forma, al mantener este tipo de equilibrio de contracción gravitacional hacia adentro versus presión de gas expansiva hacia afuera generada por la quema de combustible de hidrógeno a través de reacciones termonucleares.
Pero un día, nuestro sol se quedará sin combustible como lo haría cualquier globo, avión, tren y automóvil sin repostar. El lado positivo es que, al igual que los automóviles pueden repostar, las estrellas aproximadamente del tamaño de nuestro sol también pueden repostar utilizando combustible de helio: helio que en realidad se generó como un subproducto de la quema de hidrógeno antes de que la mayor parte se agotara.
A medida que el helio se quema, produce un interior de carbono-oxígeno como subproducto. Una vez que se acaba el combustible de helio, eso es todo. No hay más paradas en boxes para nuestro sol, no hay más repostaje y la carrera ha terminado.
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Esto se debe a que nuestro sol no es lo suficientemente masivo como para comprimir su nuevo interior de carbono y encenderlo como combustible. Esto es lo que quiero decir con esto. Vamos a llevarte a ti y a un elefante. El elefante es mucho más masivo que tú. Si se para encima de una mesa, no podrá comprimirla ni aplastarla mucho, en todo caso. Pero ese elefante es tan enorme que lo aplastará y comprimirá sin mucho esfuerzo. Cuanto más masivo eres, más masiva es una estrella, mayor es la capacidad de comprimir algo. Y debe tener mucha resistencia a la compresión para encender el carbón y usarlo como combustible terciario.
Por lo tanto, una vez que se quede sin energía, una estrella como nuestro sol perderá sus gases y comenzará a colapsar hacia adentro porque ya no puede resistir la gravedad. Por lo tanto, la estrella comenzará a convertir la energía gravitacional en energía térmica a medida que se contrae.
Pero una vez más, este tipo de proceso no calienta el núcleo de carbono-oxígeno lo suficiente como para encenderse. Como resultado, la estrella se contrae cada vez más hasta un punto en el que la estrella eventualmente resistirá una mayor contracción, no a través de la fusión nuclear, no a través de la energía térmica creada debido a la gravedad, sino por la presión creada por electrones degenerados , electrones tan apretados que no pueden. comprimir más. Es por eso que a veces se usa otro nombre para una enana blanca, una enana degenerada .
El concepto de electrones degenerados es fácil de visualizar usando el ejemplo de un resorte que representa electrones. Puede tomar un resorte y comprimirlo, pero solo se comprimirá hasta cierto punto antes de que no pueda continuar.
Características de las enanas blancas
Debido a las fuerzas que afectan a una enana blanca, hay algunas cosas realmente interesantes en juego. Esto es lo que quiero decir.
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Pregunta número 1: Debido a la densidad de la materia de una enana blanca, ¿aproximadamente cuánto pesaría una cucharadita en la Tierra?
A. 5 libras
B. 5 kg
C. 5 piedras
D. 5 toneladas
La respuesta es: ¡5 toneladas!
Bien, aquí hay otro.
Preguntas # 2: ¿cuánto crees que pesaría una persona promedio en la superficie de una enana blanca?
A. 50 libras
B. 50,000 libras
C. 500,000 libras
D. 50,000,000 libras
La respuesta correcta es D. ¡50 millones de libras!
Otro hecho interesante es que los electrones degenerados que mencioné antes se mezclan con los núcleos de carbono y oxígeno del interior de la enana blanca. A medida que la estrella se enfría, la teoría predice que todas estas partículas se unirán para formar cristales gigantes de carbono y oxígeno. ¿Ves lo que quiero decir ahora cuando dije que debería haber estado mirando hacia arriba y no hacia abajo cuando era niño?
Enanos negros
A pesar de estos pequeños hechos interesantes, tengo que ser un poco aguafiestas y necesitaré estallar tu burbuja sobre las enanas blancas.
Una enana blanca no es una estrella en el sentido más estricto. Así que mentí si lo insinuaba antes.
¡Eso es porque una enana blanca no genera energía nuclear! Además, casi no tiene gas y está básicamente degenerado. Es mejor que lo veas como un objeto celeste realmente compacto o una especie de remanente estelar.
Y aunque al principio una enana blanca es muy caliente y tiene poca luminosidad (la cantidad de energía que genera una estrella por segundo), eventualmente se volverá más débil, oscura y fría y puede convertirse en una enana negra , una enana blanca en etapa final. con una temperatura baja.
El tiempo necesario para que una enana blanca se convierta en una enana negra es muy largo porque las enanas blancas son muy calientes para empezar. ¡Las enanas blancas más frías de la Vía Láctea tienen aproximadamente la misma temperatura que nuestro sol! Por lo tanto, nuestra galaxia no tiene la edad suficiente para albergar a ninguna enana negra.
Resumen de la lección
Vale la pena repetir que una enana negra es una enana blanca en etapa final con una temperatura baja, y las enanas blancas son restos moribundos de estrellas inicialmente de masa inferior a intermedia.
Las enanas blancas se contraen una vez que se quedan sin combustible y ya no pueden funcionar contra la contracción gravitacional debido a la falta de reacciones de fusión nuclear. Pero no se comprimen indefinidamente gracias a los electrones degenerados , electrones tan apretados que no pueden comprimirse más. Es por eso que a veces se usa otro nombre para una enana blanca: una enana degenerada .
Además de esto, deberías haber aprendido que la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia se convertirán en enanas blancas. Se quedarán sin hidrógeno y helio y no serán lo suficientemente masivos como para encender reacciones de fusión de carbono para obtener combustible adicional. Esto resultará en una eventual pérdida de sus gases y una contracción en una enana blanca.
Los resultados del aprendizaje
Una vez finalizada esta lección, debería poder:
- Caracterizar a las enanas blancas
- Describe el proceso a través del cual una estrella se convierte en enana blanca.
- Explica cómo una enana blanca se convierte en una enana negra.
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