Cómo calcular la masa de una estrella

Casi todo en el universo tiene masa, desde átomos y partículas subatómicas (como las estudiadas por el Gran Colisionador de Hadrones) hasta cúmulos gigantes de galaxias. Lo único que los científicos saben hasta ahora que no tienen masa son los fotones y los gluones.. 

Es importante saber la masa, pero los objetos en el cielo están demasiado distantes. No podemos tocarlos y ciertamente no podemos pesarlos por medios convencionales. Entonces, ¿cómo determinan los astrónomos la masa de las cosas en el cosmos? Es complicado. 

Estrellas y misa

Suponga que una estrella típica es bastante masiva, generalmente mucho más que un planeta típico. ¿Por qué preocuparse por su masa? Es importante saber esa información porque revela pistas sobre el pasado, presente y futuro evolutivo de una estrella..

Los astrónomos que usaron el telescopio espacial Hubble identificaron nueve estrellas monstruosas con masas más de 100 veces la masa del Sol. Se encuentran en el cúmulo estelar R136 en la cercana Gran Nube de Magallanes. La masa es una característica importante cuando se calcula la vida de las estrellas. NASA / ESA / STScI

Los astrónomos pueden usar varios métodos indirectos para determinar la masa estelar. Un método, llamado lente gravitacional, mide la trayectoria de la luz que se dobla por la atracción gravitacional de un objeto cercano. Aunque la cantidad de flexión es pequeña, las mediciones cuidadosas pueden revelar la masa de la atracción gravitacional del objeto que tira.

Mediciones típicas de masa estelar

Los astrónomos tardaron hasta el siglo XXI en aplicar lentes gravitacionales para medir masas estelares. Antes de eso, tenían que confiar en mediciones de estrellas que orbitaban un centro de masa común, las llamadas estrellas binarias. La masa de estrellas binarias (dos estrellas que orbitan un centro de gravedad común) es bastante fácil de medir para los astrónomos. De hecho, los múltiples sistemas estelares proporcionan un ejemplo de libro de texto sobre cómo descubrir sus masas. Es un poco técnico, pero vale la pena estudiarlo para comprender lo que los astrónomos tienen que hacer..

Una imagen del telescopio espacial Hubble de Sirio A y B, un sistema binario a 8,6 años luz de distancia de la Tierra. NASA / ESA / STScI

Primero, miden las órbitas de todas las estrellas en el sistema. También registran las velocidades orbitales de las estrellas y luego determinan cuánto tarda una estrella determinada en atravesar una órbita. Eso se llama su "período orbital". 

Cálculo de masa

Una vez que se conoce toda esa información, los astrónomos luego hacen algunos cálculos para determinar las masas de las estrellas. Pueden usar la ecuación V_orbita = SQRT (GM / R) donde SQRT es "raíz cuadrada" a, sol es la gravedad, METRO es masa, y R es el radio del objeto. Es una cuestión de álgebra descifrar la masa reorganizando la ecuación para resolver METRO. 

Entonces, sin tocar una estrella, los astrónomos usan las matemáticas y las leyes físicas conocidas para calcular su masa. Sin embargo, no pueden hacer esto por cada estrella. Otras medidas les ayudan a determinar las masas para las estrellas. no en sistemas binarios o de múltiples estrellas. Por ejemplo, pueden usar luminosidades y temperaturas. Las estrellas de diferentes luminosidades y temperaturas tienen masas muy diferentes. Esa información, cuando se traza en un gráfico, muestra que las estrellas se pueden organizar por temperatura y luminosidad..

Las estrellas realmente masivas se encuentran entre las más populares del universo. Las estrellas de menor masa, como el Sol, son más frías que sus gigantescos hermanos. El gráfico de temperaturas, colores y brillos de las estrellas se llama Diagrama de Hertzsprung-Russell y, por definición, también muestra la masa de una estrella, dependiendo de dónde se encuentre en el gráfico. Si se encuentra a lo largo de una curva larga y sinuosa llamada secuencia principal, los astrónomos saben que su masa no será gigantesca ni pequeña. Las estrellas de mayor masa y menor masa caen fuera de la secuencia principal.

Esta versión del diagrama de Hertzprung-Russell traza las temperaturas de las estrellas contra sus luminosidades. La posición de una estrella en el diagrama proporciona información sobre en qué etapa se encuentra, así como su masa y brillo. Observatorio Europeo del Sur

Evolución estelar

Los astrónomos tienen una buena idea de cómo nacen, viven y mueren las estrellas. Esta secuencia de vida y muerte se llama "evolución estelar". El mayor predictor de cómo evolucionará una estrella es la masa con la que nace, su "masa inicial". Las estrellas de baja masa son generalmente más frías y más tenues que sus contrapartes de mayor masa. Entonces, simplemente mirando el color, la temperatura de una estrella y dónde "vive" en el diagrama de Hertzsprung-Russell, los astrónomos pueden tener una buena idea de la masa de una estrella. Las comparaciones de estrellas similares de masa conocida (como los binarios mencionados anteriormente) dan a los astrónomos una buena idea de cuán masiva es una estrella dada, incluso si no es una binaria.

Por supuesto, las estrellas no mantienen la misma masa toda su vida. Lo pierden a medida que envejecen. Consumen gradualmente su combustible nuclear y, finalmente, experimentan grandes episodios de pérdida de masa al final de sus vidas. Si son estrellas como el Sol, lo expulsan suavemente y forman nebulosas planetarias (generalmente). Si son mucho más masivos que el Sol, mueren en eventos de supernova, donde los núcleos colapsan y luego se expanden hacia afuera en una explosión catastrófica. Que lanza gran parte de su material al espacio.

Imagen compuesta de la Nebulosa del Cangrejo, un remanente de supernova que anunció la muerte de una estrella muy masiva. NASA / ESA / ASU / J. Hester y A. Loll

Al observar los tipos de estrellas que mueren como el Sol o mueren en supernovas, los astrónomos pueden deducir lo que harán otras estrellas. Conocen sus masas, saben cómo otras estrellas con masas similares evolucionan y mueren, por lo que pueden hacer algunas predicciones bastante buenas, basadas en observaciones de color, temperatura y otros aspectos que les ayudan a comprender sus masas..

Observar las estrellas es mucho más que recopilar datos. La información que obtienen los astrónomos se pliega en modelos muy precisos que los ayudan a predecir exactamente qué harán las estrellas en la Vía Láctea y en todo el universo a medida que nacen, envejecen y mueren, todo en función de sus masas. Al final, esa información también ayuda a las personas a comprender más sobre las estrellas, particularmente nuestro Sol..

Hechos rápidos

• La masa de una estrella es un importante predictor de muchas otras características, incluido cuánto tiempo va a vivir..
• Los astrónomos usan métodos indirectos para determinar las masas de estrellas ya que no pueden tocarlas directamente.
• Por lo general, las estrellas más masivas viven vidas más cortas que las menos masivas. Esto se debe a que consumen su combustible nuclear mucho más rápido.
• Las estrellas como nuestro Sol son de masa intermedia y terminarán de una manera muy diferente a las estrellas masivas que explotarán después de algunas decenas de millones de años..