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ASTROFASTROFÍÍSICA ESTELARSICA ESTELAR

©© Jorge Jorge HeraudHeraud P.P.Pontificia Universidad CatPontificia Universidad Catóólica del Perlica del Perúú

jheraud@pucp.edu.pejheraud@pucp.edu.pe

Estrellas en la Vía Láctea

EL SOL, UNA ESTRELLA G2 V PROMEDIO

Diámetro ecuatorial ~ 1.39 Millones de km.

FOTO DE

LA SONDA

“SOLAR DYNAMIC

OBSERVATORY” (SDO)

DE NASA

Feb 2010

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Las estrellas nacen en zonas de gas y polvo llamadas Nubes Moleculares Gigantes (GMC) de extensiones entre 50 y 300 Ly.

• La densidad de un GMC es de varios millones de partículas/cm3. En una galaxia, la densidad promedio es de 0.5 a 1 partícula/cm3.

• La cantidad total de materia puede ser entre

10exp(5) y 10 exp(7) masas solares.

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

“Los Pilares de la Creación” Nubes de polvo y gas en una región de formación estelar en la Nebulosa del Águila.

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Un colapso gravitatorio provoca el necimiento de una estrella en un GMC.

• (a) Los GMCs colisionan entre si o pasan por regiones densas de los brazos espirales.

• (b) Una explosión de Supernova cercana envía materia a altísimas velocidades.

• (c) El encuentro o choque de galaxias produce masiva formación estelar por el choque, compresión y fuerzas de marea en ambas galaxias.

PROCESO DE FORMACIÓN DE ESTRELLAS

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Conforme colapsa el GMC, se fragmenta,sube su temperatura por colapso gravitatorio, la energía potencial del campo se transforma en calor.

• Al aumentar la temperatura y presión los fragmentos forman esferas en rotación : ProtoEstrellas.

• Las regiones de formación permanecen ocultas por nubes, algunas veces son visibles por contraste con la radiación del fondo : Glóbulos de Bok.

PROTO ESTRELLAS

Formación Estelar en la Galaxia Triangulum

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Las protoestrellas pequeñas nunca alcanzan suficiente temperatura para empezar una reacción termonuclear : Enanas Marrones

• Para estrellas con un nivel de metales semejante al Sol, el límite es ~0.075 Msolar.

• Estrellas con masas >13 Mj ( 0.0125 Msolar) si fusionan Deuterio (otra definición de Enana Marrón).

• El núcleo de una protoestrella más masiva alcanzará los 10 Millones de Kelvins, iniciándo una reacción protón-protón : H --> D --> He.

• En corto tiempo se alcanza un equilibrio hidrostático que previene la continuación del colapso gravitatorio: Estrella estable.

NACE UNA ESTRELLA

LH95 Incubadora de Estrellas en la Nube Mayor de Magallanes

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• La nueva estrella cae en algún punto de la Secuencia Principal (SP) del diagrama de Hertzsprung-Rusell.

• Las estrellas de poca masa son frías, fusionan su H lentamente y permanecen en la SP por cientos de miles de millones de años: Enanas Rojas.

• Las estrellas de gran masa son gigantes, calientes y permanecen en la SP por sólo unos pocos millones de años: Supergigantes.

• El Sol es una estrella mediana de unos 10 mil millones de años de vida.

LA SECUENCIA PRINCIPAL

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Después de miles de millones de años, el He acumulado en el núcleo, por su mayor densidad causa una aceleración de la reacción de fusión.

• Terminado gran parte del H de su núcleo, la presión de gravedad no es contrarrestada y la estrella colapsa hasta el límite de la degeneración del electrón (: Enana Blanca) o el núcleo alcanza los 100 millones de Kelvins y empieza la fusión del He. Cuál ocurre primero depende de la masa inicial: la estrella sale de la SP.

MADUREZ ESTELAREstrellas Medianas (tipo solar)

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Poco se sabe de la vida final de las estrellas con poca masa inicial, pues tienen mucho mayor vida que la edad del Universo.

• Para M < 0.5 Msolar, no desarrollará presión suficiente para fusionar He. Vivirán miles de veces más que el Sol (como Próxima Centauri) : Enanas Rojas.

• Para M ~ 0.1 Msolar, los modelos astrofísicos recientes establecen que vivirán 6x10 exp(12) años y otros cientos de miles de millones hasta convertirse en Enanas Blancas.

MADUREZ ESTELAREstrellas de poca masa

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

Límites de contención del colapso gravitatorio:

(a) Resistencia mecánica Planetas, asteroides

(b) Resistencia hidrostática Estrellas

(c) Resistencia electrónica Enanas blancas

(d) Resistencia neutrónica Estrellas de neutrones

(e) Resistencia nula Agujeros negros

MUERTE DE LAS ESTRELLAS

NEBULOSAS

Helix Nebula – NGC 7293

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Es el mayor objeto en nuestro sistema estelar y contiene el 98% de la masa. Su diámetro es 109 veces el de la Tierra y su volumen 1.3 millones de veces.

• Su superficie tiene una temperatura de cuerpo negro de 5,778 °C (~ 6,000 K) y su tipo espectral es G2 V y es una estrella en la Secuencia Principal.

• El Sol se formó hace 4,600 Millones de años [4592.1x10exp(6) años ] por el rápido colapso de una nube de Hidrógeno molecular formando una estrella tipo T Tauri de Población I , en una región de la Zona Habitable de la Vía Láctea del brazo de Orión y vivirá unos 5,000 Millones de años más.

EL SOL -a

RADIACIÓN SOLAR (de cuerpo negro y

radiación sincrotrón)

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Al final de su vida dejará de fusionar H, colapsará su núcleo y cuando la temperatura llegue a 100 Millones K, empezará a fusionar Helio, producirá C y O y crecerá más allá de la órbita de Marte como una Gigante Roja.

• Después de mil Millones de años más como Gigante Roja, las pulsaciones de esta fase expulsarán materia formando una Nebulosa Planetaria en unos 7.8 x10exp(9) años.

• La masa restante finalmente sin mucha actividad nuclear, colapsará bruscamente para convertirse en una Enana Blanca.

• Le tomará unos 10exp(12) años extinguirse por completo.

EL SOL -b

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Tipo espectral G2 V, lo que significa que fusiona Hidrógeno en Helio y que está en la Secuencia Principal.

• Hay >100 Millones de otras estrellas tipo G2 en la Vía Láctea• Color blanco: lo vemos amarillo por la dispersión de fotones

azules en nuestra atmósfera.• Es más brillante que el 85% de las estrellas en la Vía Láctea.• En radio de 17 Ly, hay unos 50 sistemas estelares. El Sol es la

4ta. Estrella en magnitud absoluta.• El Sol es una estrella de “población I”, o estrella de tercera

generación (según el contenido de Oro y Uranio en el Sistema Solar.

EL SOL -cY OTRAS ESTRELLAS

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• La energía del Sol proviene de su núcleo, que tiene unos 15 millones °C y una presión de 340x10exp(9) atmósferas terrestres. En él ocurre la fusión de 4 protones (núcleos de Hidrógeno) en una partícula Alfa (núcleo de Helio).

• La partícula Alfa tiene 0.7% menos masa que los protones, masa que es convertida en energía, llevada por convección hacia la superficie del Sol, desde donde se libera como calor, fotones y otras partículas. La energía toma un Millón de años en ser conducida desde el núcleo hasta la superficie.

EL SOL -dEL NÚCLEO

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Es la superficie visible del Sol. Casi toda la radiación que vemos proviene de la Fotósfera.

• Tiene un espesor de unos 350 Km y una densidad de unas 10exp(16) partículas/cm3.

EL SOL -e LA FOTÓSFERA

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Es la región de transición dinámica y tiene entre 5,000 y 15,000 Km de espesor.

• En esta región la temperatura se eleva desde los 6,000°C de la fotósfera hasta los 2~ 5 Millones de °C de la Corona.

• Aquí se originan muchos de los filamentos y prominencias solares.

EL SOL -fLA CROMÓSFERA

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Magnitud Absoluta : 4.83M• Magnitud Relativa Vo : -26.8• Generación energética : 3.846 x10exp(26) W• Luminosidad L sol : 3.75 x10(28) lm

98 lm/W• Intensidad promedio : 2.009 x10exp(7) W/m2• Tipo Espectral : G2 V• Temperatura Superficie : 5,780 K, ~6,000 °C• Temperatura Corona : ~ 5 x10 exp(6) K• Temperatura Núcleo : ~ 15,71 x10(exp)6 K

EL SOL -gPRODUCCIÓN ENERGÉTICA -1

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Constante Solar : Energía/m2 a 1AU del Sol (Tierra)

1,370 W/m2

: ~ 1,000 W/m2 a través de la atmósfera

estando el Sol en el cenit

• Se convierten unas 700 millones de toneladas/s de H en He• Se convierten unas 4 Millones de toneladas/s de materia en

energía, produciendo neutrinos y radiación (fotones). Ya ha convertido 100 masas terrestres en energía.

EL SOL -hPRODUCCIÓN ENERGÉTICA - 2

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Diámetro promedio : 1.392 x10exp(9) m• Radio ecuatorial : 6.955 x10exp(8) m• Circunferencia ecuatorial: 4.379 x10exp(9 m• Área de su superficie : 6.088 x10exp(18) m2• Volumen : 1.4122 x10exp(27) m3• Masa : 1.9891 x10exp(30) Kg

332,946 veces la Tierra• Densidad promedio : 1.409 x10exp(3) Kg/m3• Gravedad en su superficie (ecuador): 274 m/s2• Velocidad de escape : 618.02 Km/s

EL SOL -iCARACTERÍSTICAS FÍSICAS

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Distancia media del centro galáctico : ~ 2.5 x10exp(20) Ly• Período galáctico : 225 – 250 Millones de años• Velocidad galáctica : 2.17 x105 m/s

(~ 1Ly en 1400 años, 1AU en 8dias)• Velocidad /estrellas vecinas : 2 x10exp(4) m/s• Oblicuidad a la eclíptica : 7.25 °• Oblicuidad al plano galáctico : 67.23 °• Distancia media a la Tierra : 1.496 x10exp(11) m

(150 Milones Km)• Tiempo de vuelo (luz) : 8.31 minutos (@c)

EL SOL -jPOSICIÓN, MOVIMIENTOS

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

• Dirección del polo norte: Ascen.Recta : 286.13 °

19h 4m 30s

Declinación : 63.87 °• Período de Rotación Sideral (16° lat) : 25.38 dias• Período de Rotación Sideral (ecuador) : 25.05 dias• Período de Rotación Sideral (polos) : 34.3 dias• Velocidad de Rotación (ecuador) : 7,284 Km/h

EL SOL -kMOVIMIENTOS PROPIOS

INCUBADORAS DE ESTRELLAS

Elemento Composición Total Composición Fotósfera

Hidrógeno H 92.1% 73.46%

Helio He 7.8 % 24.85%

Oxígeno O 0.061% 0.77%

Carbono C 0.030% 0.29%

Nitrógeno N 0.0084% 0.09%

Neon Ne 0.076% 0.12%

Hierro Fe 0.0037% 0.16%

Silicio Si 0.0031% 0.07%

Magnesio Mg 0.0024% 0.05%

Azufre S 0.0015% 0.12%

EL SOL -lCOMPOSICIÓN QUÍMICA