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25 marzo 2020

Los colores de las estrellas y el mapa del tesoro del cielo

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Uno de los momentos más valorados por los astrónomos es el crepúsculo. Según se va poniendo el Sol, el cielo se oscurece y va dejando ver las primeras estrellas. Al principio son dos o tres, pero con los minutos se van viendo cada vez más. Las primeras serán las estrellas más brillantes de la noche; las últimas, las más débiles. Pero no es en el brillo en lo único que se diferencian las estrellas: según avanza la noche y el fondo de cielo se oscurece, si observamos con detalle, veremos estrellas rojas, blancas, azuladas… Las estrellas tienen colores y conocerlos nos lleva a un fascinante recorrido por su vida.

Durante estas semanas de principios de primavera es fácil localizar la constelación de Orión, junto con el Can Mayor y Tauro, poco después de la puesta de sol. A primera vista, las estrellas podrían parecer tener el mismo color, pero si buscamos un cielo oscuro y echamos otro vistazo, veremos las diferencias. Sirio (en Can Mayor) es de color blanco, Rigel (el pie derecho de Orión) es azul, Aldebarán (en Tauro) es naranja y Betelgeuse (el hombro izquierdo de Orión) es roja

Orión, Tauro y el Can Mayor sobre el horizonte suroeste, a una latitud intermedia del hemisferio norte, al principio de las noches de mediados de marzo. En el hemisferio sur se ve sobre el norte-oeste. Crédito: Borja Tosar
Orión, Tauro y el Can Mayor sobre el horizonte suroeste, a una latitud intermedia del hemisferio norte, al principio de las noches de mediados de marzo. En el hemisferio sur se ve sobre el norte-oeste. Crédito: Borja Tosar

El grifo en casa del astrofísico está al revés

El color no es solo una curiosidad, aporta un dato fundamental en el estudio estelar: la temperatura superficial de la estrella. Las estrellas más calientes son las azules y las más frías son las rojas (al contrario que el uso de los colores en el arte y en nuestra experiencia cotidiana). Por eso se suele decir que en casa de los astrofísicos el grifo está al revés: el azul indica caliente y el rojo, frío.

A partir de los colores de las estrellas, se estable la clasificación estelar Morgan-Keenan, que va de las estrellas más azules (las más energéticas) a las rojas (las más débiles), pasando por los tipos O B A F G K M. Como regla mnemotécnica se suele usar la frase Oh Be a Fine Girl/Guy Kiss Me para recordarlas —un clásico de las bromas en las facultades de todo el mundo en las que se estudia astrofísica.

La clasificación estelar también suele indicar el brillo absoluto de las estrellas. Aunque es importante matizar esto, pues veremos un par de excepciones más adelante. Las estrellas azules acostumbran a ser las más brillantes; y las rojas, las menos brillantes. Pero los observadores más experimentados se encontrarán durante la noche con estrellas rojas más brillantes que otras blancas o azules: ¿Cómo es posible? Hay que tener en cuenta que, observando desde la Tierra, las estrellas están a diferentes distancias. Así, una estrella roja que brilla poco pero está muy cerca, aparentemente brillará más que una azul que este mucho más lejos. 

Aparte de la temperatura y el brillo, el color también suele —con el mismo matiz— indicar el tamaño de una estrella: las azules más energéticas y calientes suelen ser más grandes y las rojas más pequeñas.

Un diagrama estelar

Conociendo que por el color de una estrella se puede estimar su temperatura superficial y se suele saber su brillo y tamaño, los astrónomos Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russell pusieron estas características en un gráfico conocido como Diagrama Hertzsprung-Russell —que ambos desarrollaron de manera independiente hacia 1910. 

En este diagrama H-R, en el eje vertical se ordenan los tipos de estrellas de menos brillantes a más brillantes, mientras que en el eje horizontal se ordenan de más calientes a menos, teniendo en cuenta su temperatura, color y clasificación estelar. El resultado es una diagonal que ordena las estrellas por esas características: a esta parte del diagrama se le denomina secuencia principal.

La mayoría de las estrellas se encuentran en esta secuencia principal. Brillan gracias a las reacciones nucleares de fusión en su núcleo, que convierten el hidrógeno en helio. Esas estrellas están en la etapa en la que maduran y pasan la mayor parte de su vida activa. Comparadas con personas, la secuencia principal sería la etapa que va desde la adolescencia a la jubilación. El Sol está cerca del punto medio de esa vida estelar: es una estrella de color amarillo de tipo G mediana.

La tabla periódica de las estrellas

Las estrellas pueden brillar durante miles de millones de años. Pero nada es para siempre. El combustible que utilizan para las reacciones nucleares es limitado y se agota. Cuando no queda hidrógeno que quemar, la fusión del helio toma el relevo, pero a diferencia de la anterior es mucho más energética. Esto hace que las estrellas, hacia el final de su vida, se hinchen hasta alcanzar miles de veces su tamaño original, convirtiéndose en gigantes. La expansión también hace que pierdan calor en su superficie, al tener que repartir más energía en un área mayor, y por eso van volviéndose rojas. Estas estrellas gigantes y rojas son una excepción y se sitúan en la parte superior derecha del diagrama, conocido como la zona de gigantes.

Las gigantes rojas no duran mucho tiempo (a escala estelar), agotan rápidamente el poco combustible que les queda. Cuando esto pasa, la estrella se queda sin reacciones nucleares en su interior que sostengan la estrella: entonces la gravedad tira de toda su superficie y encoge la estrella hasta queda una enana. Debido a esta brutal compresión la energía se concentra y su superficie aumenta de temperatura, radicalmente cambiando su brillo a blanco. El cadáver de una estrella es una enana blanca. Estos cadáveres estelares son otra excepción a la secuencia principal y se sitúan en la parte baja izquierda del diagrama.

BBVA-OpenMind-BOrja Tosar-colores de las estrellas y el mapa del tesoro del cielo-5-Diagrama Hertzsprung-Russel con las estrellas más importantes que se pueden ver en el cielo nocturno. Crédito: European Southern Observatory (ESO
Diagrama Hertzsprung-Russel con las estrellas más importantes que se pueden ver en el cielo nocturno. Crédito: European Southern Observatory (ESO)

Sin duda, uno de los más grandes logros de la ciencia es la tabla periódica. Podemos afirmar que el diagrama Hertzsprung-Russell es la tabla periódica de las estrellas. En su forma completa, puede parecer algo un extraño y deformado arco iris; pero sabiendo leerlo, veremos cómo los diferentes colores de las estrellas se relacionan con sus temperaturas, tamaños, brillos y fases de la vida estelar, distribuidos de forma ordenada y elegante. Es un mapa de los colores de las estrellas: la clave para saltar a otro nivel, tanto en el conocimiento del cosmos como en la capacidad de disfrutar la belleza del firmamento. 

Borja Tosar

@borjatosar

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