Un nuevo estudio sugiere que el destino último de las estrellas como el Sol, y con menos masa, es enfriarse progresivamente hasta convertirse en una estrella de cristal… Eso sí, es un destino que tardará muchísimo tiempo en suceder…

Una estrella de cristal como destino último

El Sol será una estrella de cristal al final de su vida
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Concepto artístico de una enana blanca y su estructura interna.
Crédito: University of Warwick/Mark Garlick

El estudio sugiere que esa fase de estrella de cristal tendrá lugar después de que el Sol deje de ser una enana blanca. Con el paso del tiempo, se transformará en una esfera de cristal muy densa, y fría, con un tamaño aproximado al de la Tierra. Permanecerá en ese estado durante mucho tiempo. Además, nuestra estrella no estará sola en ese particular estado… La gran mayoría de estrellas del universo compartirán en ese mismo destino.

Pero no sucederá a corto plazo (en la escala cósmica). En decenas de miles de millones de años, las estrellas de cristal, los restos inertes de esas viejas estrellas, serán lo más abundante que podremos encontrar en el universo. Pero, ¿cómo se ha llegado a esta conclusión?  Los investigadores han recurrido al telescopio Gaia para analizar el color y brillo de 15 000 enanas a menos de 300 años-luz de nuestro planeta.

Las enanas blancas son uno de los objetos más viejos que podemos observare en el universo. Es la penúltima etapa de la vida de las estrellas como el Sol o con menos masa. Nuestra estrella está todavía en la secuencia principal. Está transformando el hidrógeno, que adquirió durante su formación, en helio. Es la etapa en la que pasará, aproximadamente, el 90% de su vida. Comenzó hace 4 500 millones de años y durará unos 4 500 millones de años más.

La evolución del Sol hacia una estrella de cristal

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En esta recreación artística puedes ver Sirio A y B (a este sistema estelar lo conocemos, simplemente, como Sirio). Sirio B, la pequeña estrella a la derecha, es una enana blanca.
Crédito: NASA, ESA y G. Bacon (STScI)

En unos 5 000 o 6 000 millones de años, nuestra estrella habrá agotado todo su hidrógeno. Su núcleo se contraerá y el resto de la estrella se expandirá para convertirse en una gigante roja. En este estado, se expandirá tanto que consumirá a Mercurio y Venus. La Tierra quizá también sea absorbida por la expansión del Sol. Aunque podría salvarse. Marte y el resto de planetas sí estarán a salvo durante esta etapa. La fase de gigante roja durará entre 500 y 1 000 millones de años.

Después, su núcleo se volverá a contraer. Durante un tiempo, fusionará helio y creará carbono y oxígeno. Pero, en el mejor de los casos, nuestra estrella vivirá apenas unos cientos de millones de años más. Cuando termine el proceso de fusión, se convertirá en una enana blanca. Es, literalmente, el núcleo de la vieja estrella, formado principalmente por el carbono y oxígeno que fusionó durante su última fase. Aquí es donde entramos en el campo interesante respecto a la estrella de cristal.

Una enana blanca recién formada tiene una temperatura elevadísima. De varios millones de grados. Pero ya no genera energía por sí misma. Así que con el paso del tiempo se enfrían de manera progresiva. Es un proceso que dura miles de millones de años. No es posible observar estructuras de cristal en las enanas blancas. Pero, según los investigadores, sí se pueden conseguir evidencias de ese proceso de cristalización.

Un enfriamiento que no encaja con lo conocido

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En esta concepción artística, un pequeño objeto rocoso es destruido mientras orbita alrededor de una enana blanca.
Crédito: CfA/Mark A. Garlick

De hecho, la cristalización parece una explicación necesaria. Si no se cristalizasen, las enanas blancas se enfriarían de forma regular. Pasarían de un intenso brillo azul al naranja y, posteriormente al rojo. Sería de manera gradual. Pero los datos de Gaia nos muestran un escenario diferente. Los investigadores han visto que hay una abundancia de enanas blancas que muestran un cierto color y brillo.

Esa saturación sugiere que, en torno al mismo punto de enfriamiento, parece que las enanas blancas dejan de enfriarse. Parecen permanecer en el mismo estado durante cientos de millones de año e, incluso, miles de millones de años. No debería ser así si se trata de una evolución regular. Tendrían que enfriarse y, además, en un lapso de tiempo mucho más corto. La única explicación posible es que estas enanas blancas tienen una fuente adicional de energía.

Pero, ¿cuál? Una enana blanca no genera energía por sí misma. Sin embargo, cuando se convierte en una estrella de cristal, su materia cambia. Se cristaliza de líquido a sólido. Ese proceso libera energía. El proceso nos es muy conocido. Lo podemos ver cuando se congela el agua. Su temperatura se detiene durante unos momentos cuando llega a 0ºC. Es el momento en el que las moléculas de agua se reorganizan en la estructura cristalina del agua.

Un enfriamiento mucho más lento…

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Recreación artística de una enana blanca con un disco de restos estelares.
Crédito: ESA/Hubble

Cuando esa estructura de cristal ya está formada, el hielo sigue enfriándose. Lo hace de una manera regular hasta que alcanza la misma temperatura del resto del congelador. Este mismo proceso es el que podría estar detrás de esas estrellas de cristal. En sus núcleos estaría sucediendo lo mismo. Salvo que el proceso sería mucho más lento y tendría lugar en una escala de tiempo gigantesca. No es un efecto ni mucho menos menor.

A medida que el carbono y el oxígeno se cristalizan, el enfriamiento de la enana blanca se detiene durante unos 2 000 millones de años. La idea de que puedan formarse estrellas de cristal no es nueva. Muchos científicos lo han considerado una posibilidad muy probable. Pero no estaba tan claro si esa energía liberada, por el proceso de cristalización, podría llegar a ser detectable. El estudio sugiere que lo es.

Al igual que el agua de la nevera vuelve a enfriarse, las enanas blancas también seguirán su enfriamiento después de convertirse en estrellas de cristal. Cuando el proceso esté completo se convertirán en enanas negras. Un objeto hipotético porque el universo no es tan viejo como para que puedan existir. Esas enanas negras serán esferas frías, de cristal, que no serán detectables porque no emiten energía. Ese futuro tendrá lugar en una escala de tiempo inimaginable, y el Sol lo compartirá con el 97% de estrellas del cosmos…

El estudio es P. Tremblay, G. Fontaine, N. Gentile et al.; «Core crystallization and pile-up in the cooling sequence of evolving white dwarfs». Publicado en la revista Nature el 9 de enero de 2019. Puede ser consultado aquí.

Referencias: Phys