¿Qué es una estrella gigante?
Una estrella gigante se distingue por su considerable tamaño y luminosidad, superiores a las estrellas de la secuencia principal con la misma temperatura superficial. Su radio suele oscilar entre 10 y 100 veces el radio solar, mientras que su luminosidad puede alcanzar entre 10 y 1000 veces la del Sol. Aquellas estrellas aún más brillantes que las gigantes se denominan supergigantes e hipergigantes. Debido a su imponente tamaño y brillo, las estrellas gigantes se sitúan por encima de la secuencia principal en el diagrama de Hertzsprung-Russell, siendo clasificadas como luminosidad II y III.
¿Cómo se forman las estrellas gigantes?
La formación de una estrella gigante ocurre cuando ha agotado todo el hidrógeno disponible para la fusión en su núcleo, lo que la lleva a abandonar la secuencia principal. Si una estrella tiene una masa inicial inferior a 0,4 masas solares, nunca se convertirá en una estrella gigante, ya que estas estrellas continúan fusionando hidrógeno hasta agotarlo por completo, transformándose posteriormente en enanas blancas compuestas principalmente de helio. Sin embargo, la teoría sugiere que este proceso podría durar más tiempo que la edad actual del universo.
Las fases finales de las estrellas: Gigante Roja, enana blanca, supernova y agujero negro
Cuando una estrella más masiva alcanza el límite inferior mencionado y ha consumido todo el hidrógeno en su núcleo, este comienza a contraerse. Mientras el hidrógeno se transforma en helio en una capa alrededor del núcleo enriquecido en helio, las capas exteriores de la estrella se expanden y enfrían. En esta etapa, denominada rama subgigante en el diagrama de Hertzsprung-Russell, la luminosidad apenas aumenta mientras la temperatura superficial disminuye. La estrella luego ascenderá por la rama gigante roja en el diagrama de Hertzsprung-Russell, convirtiéndose en una gigante roja, donde su temperatura superficial permanecerá aproximadamente constante mientras su radio y luminosidad experimentan un aumento significativo. Mientras tanto, el núcleo continúa contrayéndose y aumentando su temperatura.
En cuanto a la masa de la estrella, si es inferior a 0,5 masas solares durante su etapa en la secuencia principal, no alcanzará las temperaturas necesarias para la fusión del helio. Por el contrario, si la temperatura en el núcleo alcanza los 108 K, el helio comenzará a transformarse en carbono y oxígeno mediante el proceso triple alfa. La energía generada por esta fusión provoca la expansión del núcleo, disminuyendo la presión en la capa circundante, lo que reduce el ritmo de producción de energía. Como resultado, la luminosidad de la estrella disminuye, sus capas exteriores se contraen nuevamente y la estrella abandona la rama gigante roja.
La evolución futura de la estrella dependerá de su masa. Si no es muy masiva, se encontrará en la rama horizontal del diagrama de Hertzsprung-Russell o su posición en el diagrama se moverá en bucles. Si la masa de la estrella no supera las 8 masas solares aproximadamente, agotará el helio de su núcleo para comenzar a fusionar el helio alrededor del mismo. Esto resultará en un aumento de tamaño y luminosidad, conocido como rama asintótica gigante en el diagrama de Hertzsprung-Russell. Una vez que la estrella se ha despojado de la mayor parte de su masa, su núcleo formará una enana blanca compuesta de carbono y oxígeno. Si la masa de la estrella es suficiente para iniciar la fusión del carbono (más de 8 masas solares aproximadamente), la estrella no experimentará un aumento excesivo en su luminosidad al abandonar la secuencia principal, pero su tonalidad se volverá más roja. Podrían llegar a convertirse en supergigantes rojas o, en caso de pérdida de masa, supergigantes azules. En última instancia, estas estrellas se convertirán en enanas blancas compuestas por oxígeno y neón o colapsarán como supernovas de tipo II para formar una estrella de neutrones o un agujero negro.
Estrellas Supergigantes
El tamaño de las supergigantes oscila entre 30 y 500 o incluso alrededor de 1000 veces el radio de nuestro Sol. Según la Ley de Stefan-Boltzmann, las supergigantes rojas, con sus superficies relativamente cálidas, emiten menos energía por unidad de área en comparación con las supergigantes azules. En consecuencia, para una luminosidad dada, las supergigantes rojas son más extensas que las azules.
Debido a su masa extraordinaria, las supergigantes tienen una vida breve, aproximadamente entre 10 y 50 millones de años, y solo se encuentran en estructuras cósmicas de corta edad, como cúmulos abiertos y los brazos de galaxias espirales, así como en galaxias irregulares. En general, son menos comunes en los abultamientos de las galaxias y no se han identificado en las galaxias elípticas o en los cúmulos globulares, que consisten principalmente en estrellas más antiguas.
Estrellas Hipergigantes
Una hipergigante es una estrella masiva, incluso más extensa que una supergigante. Su masa puede llegar hasta 100 veces la masa de nuestro Sol, cercana al límite teórico máximo de 120 M☉, donde una estrella no podría mantenerse en equilibrio debido a la producción excesiva de energía, superando las 120 M☉. Sin embargo, algunas hipergigantes muestran tener más de 100 M☉ e incluso haber tenido inicialmente entre 200 M y 250 veces más masa, en contradicción con las teorías actuales sobre la formación y evolución estelar.
Se considera que las hipergigantes son las estrellas más brillantes conocidas, siendo miles y millones de veces más luminosas que el Sol, con temperaturas que oscilan entre los 3.500 K y 35.000 K. Por lo general, tienen una vida media de 1 a 3 millones de años antes de evolucionar hacia supernovas o, en casos excepcionalmente raros, hipernovas. Se ha sugerido que una hipergigante que experimente una supernova o hipernova dejará un agujero negro en su lugar.
A pesar de su importancia, se sabe muy poco sobre las hipergigantes debido a su rareza. Hasta hace poco, solo se habían identificado 7 hipergigantes en la Vía Láctea.
Todo lo que conocemos sobre estrellas gigantes
Carla Arce-Tord, más conocida como AstroCarla, es astrofísica y física, y una de las divulgadoras científicas más famosas en redes sociales. Con ella, nos hemos adentrado en Amautas para conocer la Vida de las Estrellas. Un apasionante curso de 12 capítulos donde conoceremos todo sobre la vida de las estrellas y las estrellas gigantes.
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