29 jun 2015

Equilibrio hidrostático: explicación sobre el tamaño (y los cambios en éste) de las estrellas.

Equilibrio hidrostático suena a concepto de clase de física de secundaria que a nadie le interesa, pero hay algo muy interesante en él: y es que gracias a este fenómeno es que las estrellas parecen ser necias. ¿Por qué? Porque mantienen su tamaño millones de años y súbitamente deciden cambiarlo. Mantienen ese tamaño por otros millones de años y, como adolescente indeciso, un día deciden que quieren ser más grandes.

¿La imagen tiene algo que ver con el post? No mucho. 


Como expliqué anteriormente, el tamaño de una estrella depende de su equilibrio hidrostático. Éste es un fenómeno muy común en la naturaleza y puede ser explicado de una manera muy sencilla.

Pero primero que nada hablemos un poco sobre las estrellas. Por más pequeñas que éstas sean, son objetos:

a) Muy masivos. 
b) Llenos de energía. Constantemente se llevan a cabo reacciones nucleares violentas y tremendas liberaciones de energía. 

Éstos son los dos principales motores del equilibrio hidrostático en una estrella: masa (por ende, gravedad), y energía liberada en el centro. La estrella, gracias a su enorme gravedad, tiene a aplastarse a sí misma; a comprimirse. Peeeero, dentro de ella se crea una presión que iguala a la fuerza de la gravedad pero en sentido contrario, gracias a la energía liberada en su centro. Podemos entenderlo mejor con la siguiente imagen: 

  
Las flechas rojas son la gravedad que intenta comprimir la estrella, 
las azules son la presión generada a través de las reacciones nucleares, 
que evita que la estrella se comprima. (Fuente)

Vayamos a un ejemplo práctico: un globo. Tienes un globo inflado en las manos, y estás apretándolo, intentando comprimirlo. Un amigo tuyo (que tiene unos pulmones particularmente poderosos), sopla y sopla, contrarrestando la fuerza que estás haciendo tú para desinflarlo. Así sucede con la estrella: la gravedad intenta comprimirla pero la energía dentro de ella la mantiene en forma.

¿Cómo es que una estrella puede cambiar de tamaño, entonces? Como cuando se convierte en gigante roja.
Como explicaba en esta entrada, las estrellas viven gracias a la fusión del hidrógeno en su interior, convirtiéndolo en helio. Cuando el hidrógeno se termina, el helio se es el que ahora se fusiona, dando paso a nuevos elementos. La cosa es que cada que cierto elemento (que funciona como combustible) se agota, la estrella se queda sin energía por dentro, creando un desequilibrio hidrostático que la comprime. La malvada gravedad logra su cometido después de tanto luchar: logra comprimir la estrella. *Música dramática de villano*.

No tan rápido.
Cuando una estrella se comprime (porque ya no tiene energía que contrarreste la gravedad), su fuerza de gravedad aumenta, misma que crea energía térmica. Como los elementos que componen la estrella ahora están más comprimidos y están recibiendo energía de la gravedad, el proceso de fusión puede continuar con elementos más pesados, que antes no recibían la suficiente energía como para fusionarse. Se está generando energía dentro de la estrella de nuevo, con lo que el equilibrio hidrostático vuelve a aparecer, hasta que el combustible se termine y el proceso se repita.
Claro que llega un momento en donde la gravedad de la estrella ya no es suficiente como para seguir fusionando elementos muy pesados, con lo que se producen fenómenos impresionantes como supernovas o nebulosas, debido a que la estrella ya no está en equilibrio.

En resumen:

  • La gravedad comprime la estrella pero la presión dentro de ella evita que colapse.
  • Cuando la estrella agota su combustible, se comprime, pero esto curiosamente ayuda a que pueda usar un nuevo combustible, y regresar a su equilibrio.
  • En vez de salirme de la oficina a comer algo estoy escribiendo esto como buen nerd.