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martes, agosto 30, 2005

Púlsares y Quásares en Wing Commander

Carátula de Wing CommanderMis dos anteriores envíos, dedicados a Star Trek: Generations y al colapso de estrellas, me ha recordado otra película donde el tratamiento que reciben determinados objetos astronómicos es sencillamente demencial. La película en cuestión es Wing Commander, poco exitosa adaptación de un videojuego de éxito. En ella, los viajes interestelares se realizan mediante púlsares y quásares, que son utilizados como si fueran agujeros de gusano entre distintas regiones del espacio. Es más, al inicio de la película, el protagonista "salta" a través de un púlsar que está cerca de la Tierra.

¿Y qué es eso de un púlsar o un quásar? Pues son objetos astronómicos que poco tienen que ver con lo que se ve en la película, o incluso entre ellos mismos (salvo la terminación -sar).

Composición en colores falsos del púlsar de la zona central de la Nebulosa del Cangrejo.Un púlsar es una estrella de neutrones que emite pulsos de radiación electromagnética de forma regular. Su nombre viene precisamente de pulsating star (estrella pulsante). Ah, ya, pero ¿qué es una estrella de neutrones?

Una estrella de neutrones es el resto de una estrella, al final de su ciclo de vida. Ya expliqué hace dos envíos, que una estrella es un inmenso reactor de fusión nuclear, que mantiene un equilibrio entre su propia gravedad, que trata de comprimirla, y la energía liberada por los procesos nucleares, que tratan de expandirla. Durante la mayor parte de su vida, la estrella transforma el hidrógeno en helio. A medida que el hidrógeno se agota, la estrella comienza a colapsarse por su propia gravedad, calentando su interior hasta que se inician otros procesos nucleares (transformación de helio en carbono) que vuelven a expandirla. El helio también se agota, se vuelve a colapsar, se inicia otro proceso nuclear... así hasta que llegamos a procesos nucleares que en vez de generar energía, la consumen. Llegados a este punto, al no existir una fuerza que compense la gravedad, la propia masa de la estrella la colapsa sobre sí misma, hasta convertirse en materia degenerada.

En la materia degenerada, no hay átomos ni espacio entre ellos. Es básicamente un amalgama de partículas subatómicas. En las estrellas ligeras, como nuestro Sol, el colapso termina cuando la presión ejercida por los electrones, es suficiente para compensar la fuerza gravitatoria, formando una enana blanca. En estrellas más masivas, eso no es suficiente, y tras una espectacular explosión (supernova), el nucleo continúa colapsándose hasta que protones y electrones se combinan para formar neutrones. Tenemos un conglomerado de neutrones, bien juntitos: una estrella de neutrones. Si la masa fuera aún mayor, ni siquiera la presión de los neutrones detendría el colapso, y se formaría un agujero negro.

Pero quedémonos con la estrella de neutrones. Hemos visto que es un objeto formado exclusivamente por neutrones apelotonados, con una densidad inmensa. Las estrellas suelen girar sobre sí mismas, como un planeta, y poseen también un campo magnético. Cuando una estrella se colapsa, no deja de girar, sino más bien al contrario. La ley de conservación del momento angular nos dice que un cuerpo en rotación, sobre el que no actuan fuerzas externas, debe mantener su momento angular. ¿Y qué es el momento angular? Pues es la suma del momento lineal o cantidad de movimiento de cada particula, por su respectivo vector de posición con respecto al eje de rotación.

¿Ein? ¿Lo cualo? Vamos con un ejemplo. Supongamos que nos sentamos en una silla de esas de oficina, que giran sobre sí mismas, y nos damos un impulso para dar vueltas, con los brazos y piernas extendidos. El momento angular de nuestro dedo índice (por ejemplo), sería su masa multiplicada por la velocidad que tenga (eso es la cantidad de movimiento) y además, multiplicada por la distancia al eje de giro (que será una vertical que atravesará o pasará cerca de nuestra cabeza). Eso, aplicado a todas las partes del cuerpo y sumado todo, debe permanecer constante (o casi, ya que el rozamiento nos irá frenando poco a poco). Eso quiere decir que si replegamos los brazos y piernas, ¡aumentaremos nuestra velocidad de giro! Comprobadlo, es muy fácil. O si no os queréis marear, podéis ver alguna competición de patinaje artístico. Fijáos como cuando un patinador comienza a girar, junta sus brazos y piernas lo más posible para girar más deprisa. Con las estrellas pasa lo mismo. A medida que se colapsa, su velocidad de giro aumenta. Cuando llega al estado de estrella de neutrones, su velocidad puede ser de varias revoluciones por minuto.

Dibujo explicativo de un púlsar.A esto hay que añadirle que su campo magnético emite un haz de ondas electro- magnéticas desde los polos. Si el eje del campo magnético y el eje de rotación no coinciden, tenemos una especia de "faro estelar". Un observador situado de forma que uno de los polos del eje magnético "apunte" hacia su posición durante un instante en cada giro, vería un pulso electromagnético de frecuencia regular. Es decir, un púlsar. En esta página, podemos ver una animación muy explicativa.

Así que un púlsar no es más que el resto de una estrella. Un conglomerado de neutrones, que gira sobre sí mismo. Difícilmente puede pensarse en eso como en algún tipo de "agujero" en el espacio, sino más bien como en algo que se ha quedado a mitad de camino, sin llegar a convertirse en agujero negro. Por otro lado, la estrella más cercana que conocemos, Próxima Centauri, está a más de cuatro años luz de distancia, y nunca se convertirá en púlsar, ya que es más pequeña y ligera que nuestro Sol.

Imagen de un quásar, con colores falsos.¿Y qué es un quásar? Su nombre viene de quasi-stellar radio source, y son objetos muy lejanos, que emiten una enorme cantidad de energía. Y con muy lejanos, quiero decir, muy muy lejanos de verdad, del orden de cientos o miles de millones de años luz de distancia. Para hacernos una idea de la escala, nuestra galaxia tiene un diámetro de unos 100.000 años luz. La Gran Nube de Magallanes (una pequeña galaxia satélite de la nuestra) está a unos 160.000 años luz, y la galaxia de Andrómeda, a unos 3 millones de años luz. Se cree que los quásares son núcleos activos de galaxias, que emiten una candidad brutal de energía (están a miles de millones de años luz de distancia, ¡y se pueden observar!) debido a la presencia de un agujero negro supermasivo en su interior. Y con supermasivo me refiero a más de un millón de veces la masa del sol.

Una vez comprendido esto, un quásar tampoco parece que se pueda usar como en la película. Vale, hay un "super agujero negro" de su centro, pero para llegar a él habría que recorrer una distancia inimaginable.

10 comentarios:

  1. Muy bien explicado. Sólo un detalle. Los giros de los púlsares son del orden de vueltas por segundo y no por minuto. La Supernova del Cangrejo que ocurrió el año 1054 quedó en una esterlla de neutrones que gira a 30 revoluciones por segundo!! (increíble).

    Saludos

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  2. Omalaled: Es decir, 1800 rpm. Lo que decía Alf ;-) (vaaaale, es una broma).

    Bonita clase de astronomía. :-)

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  3. Hay púlsars como el CP_1919 que tardan más de un segundo en dar una vuelta, así que es más genérico decir lo de varias revoluciones por minuto. Pero es verdad que la mayoría dan varias vueltas por segundo.

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  4. Me ha hecho gracia leer la estrella más cercana que conocemos, Próxima Centauri.... Una vez jugando al Trivial me preguntaron cuál era la estrella más cercana a la Tierra, y yo dije "creo que es Alfa Centauro o algo así". Claro, la respuesta era el Sol, y en fin, menudas risas se echaron... No es por tocar las narices, es que me he acordado de la anécdota.

    Alf, es increíble la capacidad que tienes para llegar al nivel justo de explicaciones, ni te pierdes en una jungla de ellas ni se queda uno sin entender algo por poco explicado. Como dicen por ahí, sigue así.

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  5. Vaya, pues es verdad. Debería haber dicho "la estrella más cercana que conocemos, sin contar el Sol" :-)

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  6. Hola, quisiera hacer una aclaración, que de ninguna manera invalida la excelente explicación del artículo. Mencionás "¿Y qué es el momento angular? Pues es la suma del momento lineal o cantidad de movimiento de cada particula, por su respectivo vector de posición con respecto al eje de rotación". Creo que donde dice 'la suma' quisiste poner 'el producto' (más específicamente, el producto vectorial, ya que ambas cantidades son vectores).

    Otro detalle que me gustaría destacar es que esa definición de momento angular se aplica a una partícula que gira alrededor de un eje. Para una estrella de neutrones (y los ejemplos de la silla y el patinador que diste), se aplica la definición extendida a un sistema de partículas constituyentes de un sólido en rotación. En este caso, la expresión matemática hace al momento angular igual al momento de inercia (un escalar que resulta de cómo está distribuida la masa respecto del eje de rotación, cuanto más concentrada en las cercanías del eje, menor el momento de inercia) por la velocidad angular (un vector). COn esta expresión se puede entender también cómo al comprimirse una estrella normal hasta una de neutrones (disminución del momento de inercia) aumenta la velocidad alrededor del eje de rotación.

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  7. En realidad quería decir la suma de productos. Es decir, el sumatorio del momento angular (producto) de cada partícula.

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  8. Muy interesante y muy bien explicado, sin embargo no estoy de acuerdo en un punto, los quasars y agujeros negros distorsionan el espacio-tiempo normal, y sus efectos dudo mucho que los comprendamos en su totalidad, por lo que podria especularse que en las proximidades de estos podrian darse efectos de agujero de gusano con coherencia dentro de la obra de ficción

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  9. Sí, podría especularse, y no lo he negado. Pero los cuásares están en el centro de otras galaxias, y el más cercano está a millones de años luz. Un poco a desmano :-)

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  10. es cierto, pero en la pelicula si mal no recuerdo lo primero que "saltan" no es un quasar sino un "pozo de gravedad" sea lo que sea eso

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