Enanas marrones

Por María Cruz Gálvez Ortíz

Las enanas marrones no son estrellas, pero emiten luz, usando como combustible deuterio en vez de hidrógeno. Tampoco son planetas, aunque algunos límites entre unas y otros aún no están claros. En 1995 se anunció el descubrimiento de la primera enana marrón confirmada, y en estos 23 años se ha avanzado mucho en el estudio de estos objetos, se han descubierto un par de miles de enanas marrones y se ha desarrollado un ámbito nuevo de la astronomía. En un futuro próximo, los astrofísicos tal vez puedan dar mejores respuestas a las muchas preguntas que quedan por contestar sobre ellas: ¿cómo se forman?, ¿cómo se comportan sus atmósferas y qué clima tienen?, ¿son las más adecuadas para buscar exotierras? El objetivo es dar una visión global de las enanas marrones, dejar clara su naturaleza no estelar, ver cómo se buscan, cómo se cree que se forman, qué características tienen y cómo se han clasificado en función de esas características.

• Idioma: Español
• Editorial: Los Libros de la Catarata
• Fecha de lanzamiento: 4 feb 2019
• ISBN: 9788490975640

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Capítulo 1

Enanas marrones

¿Qué son las enanas marrones?

Cuando se forma una estrella, el material de una nube de gas y polvo, en su mayoría formado de hidrógeno, algo de helio y una pequeña proporción de elementos más pesados, colapsa por gravedad. Llega un momento en que la masa acumulada es suficiente como para producir unas condiciones en el interior o núcleo de la protoestrella que permiten alcanzar la temperatura necesaria para que se produzca de manera natural la reacción nuclear donde el hidrógeno se convierte en helio, también llamada fusión o quema de hidrógeno. El calor del núcleo depende entonces de la energía liberada por el colapso gravitacional, por lo tanto de la masa de la nube o protoestrella. Si tenemos una protoestrella con poca masa, se tendrá que contraer más que otra con mayor masa para llegar a la temperatura de fusión de hidrógeno.

Un átomo de hidrógeno, que es el elemento más simple que existe, está formado por un protón como núcleo y un electrón orbitando alrededor. Mediante diferentes procesos o reacciones que suceden en el núcleo estelar, estos átomos se unen para formar un elemento con un núcleo de dos protones, helio. Esta reacción produce o li­­bera energía.

Cuando estas reacciones comienzan, el colapso de la masa debido a la gravedad, es decir, la fuerza hacia dentro, se ve compensado por la presión de la energía liberada en esta fusión de hidrógeno (la fuerza hacia afuera). La pérdida de energía que se radia hacia afuera se compensa por la energía producida por la fusión continua del hidrógeno. Hay entonces un equilibrio entre las dos fuerzas, y además la temperatura se mantiene constante. Ha nacido así una estrella y su vida y evolución dependerán de la compensación de estas fuerzas, la gravitatoria y la nuclear.

A diferencia de las estrellas, las enanas marrones no llegan a acumular la cantidad de masa suficiente como para alcanzar la temperatura de fusión de hidrógeno, al menos no de manera continua, aunque sí es suficiente como para alcanzar las condiciones donde se quema deuterio, que es un isótopo estable del hidrógeno. El deuterio está formado por un núcleo con protón y un neutrón, y no solo un protón como el hidrógeno, y tiene una temperatura de fusión mucho más baja que este. En las enanas marrones también se pueden quemar otros elementos ligeros, además del deuterio.

Sin embargo, el deuterio es poco abundante y se termina relativamente pronto, en pocos millones de años, y su fusión no es capaz de sostener permanentemente el peso de las capas de gas de la enana marrón, así que esta se va contrayendo, disminuyendo su radio poco a poco. Llega un momento en que la fusión del núcleo no puede sostener la gravedad y la enana marrón se contrae al máximo, pero no colapsa debido a una propiedad que establece un límite de compacticidad para los electrones y que se llama principio de exclusión de Pauli. Cuando la masa se compacta lo suficiente, la densidad es muy alta, los electrones ocupan todos los huecos que existen en los orbitales de los átomos, pero al estar tan juntos, también ejercen una fuerza de repulsión (los electrones están cargados negativamente y se repelen entre sí) que genera una presión hacia afuera, evitando que la masa se colapse. Se dice entonces que el gas esta degenerado electrónicamente. Cuando terminan la fusión y se contraen, alcanzan el equilibrio entre la fuerza de gravedad y la presión de degeneración y a partir de ahí se van enfriando poco a poco. Las enanas marrones se sostienen así por la presión del gas