¿El fin del universo?, Las últimas explosiones estelares antes de que esto pueda suceder

Estudios recientes predicen que el cosmos se irá apagando "lentamente".

Publicado 18 de ago. de 2020 10:32 GMT-3
Enanas blancas en la Vía Láctea, observadas con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA en ...

Enanas blancas en la Vía Láctea, observadas con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA en 2012. Estas estrellas de entre 12 y 13 mil millones de años son las más antiguas del universo y, según una investigación reciente, las enanas blancas también serán los últimos objetos presentes en el universo, que se irán apagando lentamente hasta finamente explotar en un futuro muy lejano.

Fotografía de NASA y H. Richer (University of British Columbia)

Parece que el capítulo final de la historia del universo será bastante sombrío. Los físicos creen que, dentro de miles de millones de años, después de que todas las estrellas se hayan apagado, el universo será un lugar frío y oscuro donde no ocurrirá nada interesante. A medida que el espacio se expande y la materia se vuelve inestable, la energía disponible se va agotando hasta llegar a lo que se conoce 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 las estrellas compactas conocidas como enanas blancas estarán entre los últimos objetos que queden en la última etapa del universo. Según un artículo aceptado para su publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, en estas estrellas el proceso de fusión nuclear puede ocurrir a una velocidad increíblemente lenta, lo que en última instancia deriva en explosiones similares a las de una supernova.

Esta forma de explosión es realmente sorprendente, ya que los científicos suelen considerar que las enanas blancas "simplemente se enfrían y se apagan para siempre", explica Abigail Polin, astrofísica del California Institute of Technology y los Carnegie Observatories, quien no participó en el estudio.

Según los cálculos recientes, la primera de estas explosiones no ocurrirá hasta dentro de al menos 10 1100 años (un 1 seguido de 1.100 ceros, un número tan grande que ni siquiera existe una forma de denominarlo). “Si lo quieres escribir, es una página entera llena de ceros”, comenta el autor del estudio Matt Caplan, astrofísico de la Illinois State University. 

"Está más allá de cualquier escala de tiempo que podamos considerar", coincide Polin. Pero si Caplan está en lo cierto, estos estallidos serían los últimos eventos astrofísicos importantes antes del oscuro desenlace final.

Cuando la energía cósmica se acaba

Las estrellas brillan a partir de la conversión de hidrógeno en helio. Cuando una estrella promedio, aproximadamente del tamaño de nuestro sol o un poco más densa, ha agotado todo su hidrógeno, no queda energía suficiente para contrarrestar la propia gravedad de la estrella, y el núcleo comienza a contraerse al tiempo que las capas externas se expanden de forma vertiginosa. A medida que el núcleo se contrae, la presión y la temperatura aumentan, lo que permite la fusión de los elementos más pesados. La estrella finalmente suelta sus capas externas y lo que queda forma un objeto ultradenso de unos pocos miles de kilómetros de diámetro: una enana blanca.

Estas enanas blancas fueron fotografiadas durante un estudio astronómico realizado por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA en 2006.

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

A lo largo de un período de billones a cientos de billones de años, las enanas blancas irradian la energía remanente, y los restos que ya no brillan suelen denominarse “enanas negras”. Pero a pesar de que las enanas negras son frías y pequeñas -y por eso se mantienen estables durante enormes períodos de tiempo- los cálculos de Caplan sugieren que aún es posible que exista fusión nuclear gracias a un fenómeno conocido como túnel cuántico.

En el interior de las enanas negras, los núcleos de los átomos individuales tienen cada uno una carga positiva, por lo que se repelen como los polos de un imán. Pero según la teoría cuántica, cada núcleo actúa como una onda y también como una partícula. Gracias a esta función de onda, un núcleo puede atravesar la barrera que lo separa de su vecino con carga similar.

"Solemos creer que las enanas blancas son objetos totalmente inertes", expresa Marten van Kerkwijk, astrofísico de la Universidad de Toronto que no participó en el estudio. "Es asombroso que estas estrellas silenciosas y muertas puedan continuar el proceso de fusión".

Según Caplan, por muchos billones de años, estas reacciones de fusión hiperlentas originarán hierro. El proceso también liberará positrones, partículas similares a los electrones pero con carga positiva. Cuando estos positrones se topen con electrones en el núcleo de la estrella, ocurrirá una destrucción total de ambos. Sin esos electrones y la presión que ejercen, la propia enana blanca ya no será capaz de vencer la fuerza de la gravedad. Continuará encogiéndose hasta acabar eyectada cuando se produzca la explotación, algo similar a lo que ocurre con una supernova tradicional.

Caplan señala que dicha explosión solo ocurre en el caso de las enanas blancas más pesadas, aquellas con una masa de aproximadamente 1,2 veces la del Sol. Esto significa que el 1% de las 10 23 estrellas que existen en la actualidad experimentará esta particularidad.

Antes de la explosión, las enanas negras cuya fusión habrá sido silenciosa, no irradiaría absolutamente nada de luz. “No podrías ver nada hasta el momento de la explosión”, explica Caplan.

Sin embargo, si la materia en sí es inestable, es posible que los remanentes estelares, como las enanas blancas, no subsistan el tiempo necesario para que ocurra este lento proceso de fusión. Los físicos han especulado que las partículas subatómicas de la materia, los protones, podrían expirar en un periodo de 1031 a 1036 años. Por lo tanto, las enanas blancas se evaporarían antes de poder llegar a la explosión.

Pero mientras los protones persistan, "los cálculos del artículo de Caplan parecen ser legítimos", expresa Fred Adams, astrofísico de la Universidad de Michigan y coautor del libro The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity, publicado en 1999, que analiza el futuro lejano del universo.

Si bien la muerte térmica es actualmente la teoría más aceptada sobre los posibles estados finales del universo, los astrofísicos continúan debatiendo una serie de alternativas. Una posibilidad es que toda la materia vuelva a unirse en un solo elemento, y que, posteriormente, ocurra otro Big Bang. O puede ser que la expansión acelerada del universo provoque la destrucción de todo el espacio, en cuyo caso, finalmente se destruirán los átomos individuales.

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Últimas luces en la eterna oscuridad

Para el momento en que comiencen a surgir las enanas blancas, el universo será irreconocible. Las galaxias habrán perdido su estructura, y los remanentes estelares flotarán libres por el espacio. Es probable que, dentro de 10 100 años, incluso se hayan evaporado los agujeros negros más grandes debido a un proceso conocido como “radiación de Hawking”. Si bien este es un lapso de tiempo inimaginable, no es nada comparado con la escala de tiempo de las explosiones de las enanas blancas.

La energía oscura, la fuerza misteriosa que contrarresta la gravedad y produce la separación de todos los elementos, habrá apartado los objetos restantes -incluidas las enanas blancas- al punto en que ningún objeto estará cerca de otro.

Al no haber estrellas que produzcan energía, es absolutamente improbable que puede existir vida, y tan solo podría haber una explosión de enana blanca, porque todas las demás ocurrirían fuera del "horizonte cosmológico", la distancia máxima sobre la que se puede registrar algún tipo de dato, como por ejemplo, la luz.

Aunque nuestra mente no puede siguiera imaginar un lapso de 10 1100 años, esto solo habla del principio del fin, cuando comenzarían a explotar las enanas blancas más pesadas. Las más livianas tardarán más (hasta unos 10 32.000 años), según los cálculos de Caplan. Pero más allá de estas explosiones, la muerte térmica del universo es inevitable. La explosión de estrellas enanas blancas quizá sea el último grito del cosmos.

"Después de eso, el universo será frío, oscuro y triste para siempre", sostiene Caplan. "A menos que aparezca una nueva física que hoy desconocemos"

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