Estas podrían ser las últimas explosiones antes de que el universo quede sumido en la oscuridad

Si los nuevos cálculos sobre los restos de estrellas similares al Sol son correctos, todo terminará con una serie de explosiones de enanas negras.

Tuesday, August 18, 2020,
Por Dan Falk
Enanas blancas

Enanas blancas antiguas en la Vía Láctea observadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA en 2012. Estas estrellas tienen entre 12 000 y 13 000 millones de años, lo que las convierte en unas de las más antiguas del universo. Según una nueva investigación, las enanas blancas también serán las últimas estrellas, ya que perdurarán hasta que exploten en un futuro inconcebiblemente lejano.

Fotografía de NASA y H. Richer (Universidad de la Columbia Británica)

Se prevé que el capítulo final de la historia del universo será más bien sombrío. Los físicos creen que, dentro de miles de millones de años, cuando todas las estrellas se hayan consumido, el universo será una inmensidad fría y oscura donde no ocurrirá ni podrá ocurrir nada de interés. A medida que el propio espacio se expande y la materia se extiende y abarca más, cada vez se dispondrá de menos energía. A lo largo de eones, el universo se agotará en un escenario conocido como muerte térmica.

Pero antes de que las luces se apaguen para siempre, podría haber un último espectáculo de fuegos artificiales. Los astrónomos creen que unas estrellas compactas denominadas enanas blancas serán unos de los últimos objetos que persistirán en un universo envejecido. Ahora, un estudio aceptado para su publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society desvela que estas estrellas pueden seguir experimentando fusión nuclear a un ritmo increíblemente lento, lo que en última instancia causará explosiones similares a las supernovas.

La idea de las explosiones de enanas blancas es una sorpresa, ya que en general se cree que estas estrellas agotadas «se enfrían para siempre», afirma Abigail Polin, astrofísica del Instituto de Tecnología de California y los Observatorios Carnegie que no participó en el estudio.

Según el nuevo modelo, las primeras explosiones de enanas blancas no ocurrirán hasta dentro de 101100 años. Es un 1 seguido por 1100 ceros, una cifra tan descomunal que no tiene nombre. «Si la escribes, es una página entera de ceros», explica el autor del estudio Matt Caplan, astrofísico de la Universidad del Estado de Illinois. (La edad actual del universo es de «solo» 13 700 millones de años.)

«Está más allá del alcance de cualquier escala temporal en la que pensemos normalmente», coincide Polin. Pero si Caplan está en lo cierto, estas explosiones podrían ser los últimos grandes acontecimientos astrofísicos antes de sumirse en la oscuridad.

Sin apenas combustible cósmico

Las estrellas producen energía fusionando hidrógeno para generar helio en sus núcleos. Cuando una estrella media, del tamaño aproximado de nuestro Sol o un poco más pesada, agota todo el hidrógeno, no queda energía suficiente para contrarrestar la propia gravedad de la estrella y el núcleo empieza a contraerse mientras las capas externas se expanden drásticamente. A medida que el núcleo mengua, aumentan las presiones y las temperaturas, lo que permite que se fusionen elementos más pesados. Finalmente, la estrella se desprende de todas sus capas externas y sus restos forman un objeto ultradenso de solo unos miles de kilómetros de diámetro: una enana blanca.

Estas imágenes de enanas blancas se obtuvieron durante un estudio astronómico llevado a cabo en 2006 por el telescopio espacial Hubble de la NASA.

Fotografía de NASA, ESA, A. Calamida and K. Sahu (STScI), y SWEEPS Science Team

A lo largo de billones o cientos de billones de años, las enanas blancas irradian el calor restante y a veces sus restos congelados se denominan enanas negras. Con todo, aunque las enanas negras sean frías y pequeñas, lo que les proporciona estabilidad durante periodos muy prolongados, los cálculos de Caplan desvelan que aún puede producirse fusión nuclear gracias a un fenómeno que en mecánica cuántica se conoce como efecto túnel.

Dentro de los núcleos de las enanas negras, los núcleos de cada átomo tienen carga positiva, así que se repelen como los polos de un imán. Según la teoría cuántica, cada núcleo actúa como una onda y una partícula. Gracias a esta propiedad de onda, a veces un núcleo crea un «túnel» que atraviesa la barrera de potencial que lo separa de su vecino de carga similar.

«Pensamos que las enanas blancas son objetos totalmente inertes», afirma Marten van Kerkwijk, astrofísico de la Universidad de Toronto que no participó en el estudio. «Es maravilloso pensar que estas estrellas silenciosas y muertas pueden seguir generando fusión».

Según Caplan, a lo largo de billones de años estas reacciones de fusión superlentas producirán el elemento pesado hierro. El proceso también liberará positrones, que son similares a los electrones, pero con carga positiva. Cuando estos positrones se encuentren con los electrones en el núcleo de la estrella, se aniquilarán los unos a los otros. Sin esos electrones y la presión que ejercen, la propia enana blanca ya no será capaz de vencer el tirón gravitacional. Seguirá menguando hasta que «rebote» hacia fuera en una explosión similar a una supernova tradicional.

Caplan indica que solo las enanas blancas más pesadas —con una masa más de 1,2 veces superior a la del Sol— pueden explotar de este modo. Con todo, explica que casi un uno por ciento de las 1023 estrellas que existen aproximadamente en la actualidad están destinadas a sufrir una explosión de enana blanca .

Antes de las explosiones, las enanas negras no emitirán luz visible. «Aunque la tuvieras delante, no la verías hasta que explotara», afirma Caplan.

Sin embargo, si la propia materia es inestable, entonces los restos estelares como las enanas blancas podrían no perdurar lo suficiente para que ocurra este proceso de fusión lenta. Los físicos han especulado que los componentes subatómicos básicos de la materia llamados protones podrían desintegrarse a lo largo de periodos muy largos, de 1031 a 1036 años. De hacerlo, las enanas blancas podrían evaporarse antes de tener la oportunidad de explotar.

Pero siempre y cuando queden protones, «parece que la física del estudio [de Caplan] y sus resultados son de fiar», afirma Fred Adams, astrofísico de la Universidad de Míchigan y coautor del libro de 1999 The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity, que explora el futuro a largo plazo del universo.

Aunque actualmente la muerte térmica es la teoría más aceptada sobre el fin del universo, los astrofísicos siguen debatiendo varias alternativas. El universo podría colapsar sobre sí mismo y toda la materia quedaría comprimida en un solo punto, a lo que podría seguir otro big bang. O quizá la expansión acelerada del universo se produzca de tal modo que destruya el propio espacio, en cuyo caso los átomos individuales quedarán destrozados.

Las últimas luces en una oscuridad infinita

Para cuando las enanas blancas empiecen a explotar, el universo será irreconocible. Las galaxias habrán perdido su estructura y los restos de las estrellas zumbarán libres por el espacio. Incluso es probable que los agujeros negros más grandes desaparezcan dentro de 10100 años debido a un proceso llamado radiación de Hawking. Pese a que se trata de un periodo de tiempo extraordinariamente largo, no es nada comparado con la escala temporal de las explosiones de enanas blancas.

La energía oscura —la misteriosa fuerza que contrarresta la gravedad y lo aleja todo— habrá separado los objetos restantes, entre ellos las enanas blancas, hasta tal punto que ningún objeto estará a la vista de otro.

Sin estrellas que ardan y produzcan calor, será muy improbable que quede algo vivo llegados a este punto, pero si hubiera una criatura como esa, solo podría ver una explosión de enana blanca, ya que las demás ocurrirían fuera de su «horizonte cosmológico», la distancia máxima a la que puede captarse información de cualquier tipo, como la luz.

Aunque un periodo de 101100 años desafía la imaginación, esto solo supone el comienzo del fin, cuando empezarán a explotar las enanas blancas más pesadas. Las más ligeras tardarán más; hasta 1032.000 años, según los cálculos de Caplan. Y a pesar de estas explosiones, la muerte térmica del universo no puede detenerse. Las enanas blancas que exploten podrían ser la gran despedida del cosmos.

«Después, el universo será frío, oscuro y triste para siempre», cuenta Caplan. «A no ser que exista una física nueva que no hayamos descubierto».

Dan Falk (@danfalk) es un periodista científico afincado en Toronto. Ha publicado libros como The Science of Shakespeare y In Search of Time.
Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
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