¿Cómo se forman las estrellas?

Si bien los astrónomos tienen una buena idea de cómo se forman las estrellas, muchos de los detalles son problemas abiertos. Por ejemplo, dada una nube de gas que se derrumba, nadie puede decir con seguridad cuántas estrellas se formarán y cuáles serán sus masas. Tampoco podemos decir al principio cuántos se formarán en los sistemas binarios. Pintaré debajo de la imagen general y omitiré muchos detalles inciertos.

Las estrellas se forman cuando una nube de gas se vuelve inestable al colapso gravitacional. Una nube de gas tiene cierta densidad de partículas (generalmente solo unas pocas por centímetro cúbico), que se mueven y ejercen cierta presión. Mientras la presión sea suficiente para equilibrar la fuerza de la gravedad, la nube puede seguir siendo una nube. Sin embargo, hay un tamaño crítico más allá del cual una nube se vuelve inestable. La gente usualmente usa la masa de Jeans: la masa más pequeña que es inestable para colapsar debido a las fluctuaciones de densidad en una nube uniforme. La inestabilidad puede ser excitada debido a cualquier cosa que pueda comprimir la nube. Las supernovas cercanas y las colisiones de galaxias son mecanismos de ejemplo.

Ahora, supongamos que tenemos una nube que se ha vuelto inestable y comienza a colapsar. A medida que la nube se encoge, se calienta y se vuelve más densa. Su temperatura inicial es muy, muy fría, como decenas de Kelvin. Mientras la densidad sea lo suficientemente baja como para que la radiación escape, el gas puede seguir enfriándose y contrayéndose. En algún lugar a lo largo de la línea, la densidad se vuelve demasiado grande y la radiación queda atrapada en el gas y lo calienta. Decimos que el gas es ópticamente espeso . Esto sucede primero en el centro en un núcleo porque esa es la parte más densa. Aquí, la presión ahora vuelve al equilibrio mecánico: la presión equilibra la gravedad. Pero la fuente de la energía que se utiliza para soportar el núcleo es la contracción en sí misma, por lo que, aunque ahora es mucho más lenta, todo se está derrumbando. Este núcleo es una protostar .

La protostar es realmente pequeña, quizás una décima parte más grande que el Sol (y potencialmente incluso más pequeña). Para seguir creciendo, la nube tiene que colapsar sobre ella. Pero a medida que se calienta, cada vez más nubes se vuelven ópticamente espesas y el colapso se ralentiza. En algún lugar a lo largo de la línea, el momento angular de la nube se vuelve importante. La presencia de momento angular significa que el gas básicamente gira alrededor de la protostar a medida que colapsa. El gas colisiona consigo mismo a lo largo del eje de rotación y esto se cancela aproximadamente, de modo que el gas mantiene su velocidad de rotación pero pierde su componente arriba / abajo. Forma un disco de acreción . Desde el disco, el material puede llegar a la protostar sin ser empujado, ya que empuja el gas a lo largo de los polos. El disco de acreción puede volverse inestable para formar fragmentos más pequeños. Aquí es donde se formarán los planetas.

Esta nube colapsada individual será una de las muchas nubes incrustadas en una nube mucho más grande. Quizás piense así. Una gran nube se vuelve inestable y comienza a colapsar. No es perfectamente suave, por lo que, al colapsar, la subcloud también se vuelve inestable. El ritmo del colapso aumenta ligeramente a medida que desencadena una nube un poco más pequeña. El resultado general es que forma un grupo de estrellas, en lugar de solo una estrella. Ahora, el Sol claramente no está en un grupo ahora, pero alguna vez lo estuvo. Entonces, ¿qué pasa con el clúster? Resulta que el gas no se queda mucho tiempo en términos astronómicos. Solo unos pocos millones o decenas de millones de años. Las estrellas más grandes ya han muerto, el gas es expulsado por toda la radiación estelar y las estrellas más pequeñas se alegran durante cientos de millones de años.

Como dije al principio, el diablo está en los detalles, y hay muchos detalles. Encontrarás estanterías de libros de texto en la biblioteca de una universidad. A pesar de esto, cómo se forman las estrellas es un área activa de investigación.

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Como alternativa complementaria a la explicación de nucleosíntesis dada por los químicos, me gustaría intentar una explicación en el lenguaje de la física del acelerador. Sería necesariamente especulativo porque no podemos hacer nuestras propias estrellas y experimentar con ellas. Solo podemos contar historias sobre lo que vemos.

Observatorio de las escuelas nacionales

La historia sería sobre el viaje de una partícula desde los bordes exteriores de una nube de gas, hacia el centro y viceversa. Sería la historia de distribuciones de partículas que son chirriadas y agrupadas en varias secciones transversales. Estas agrupaciones de partículas agrupadas están bajo la influencia de un campo autogenerado que hace que aceleren e irradien energía de manera coherente. Esa energía actúa de nuevo sobre las partículas y aumenta su propagación de energía correlacionada. En cierto punto, se logra un agrupamiento máximo y una dispersión de energía correlacionada en escalas de gran longitud y el movimiento colectivo correspondiente conduce a una densidad inestable en el centro de la estrella que hace que la estrella se colapse como una burbuja, dejando un pegote de materia con una gran dispersión de energía no correlacionada y un factor de agrupamiento residual en un armónico del factor de agrupamiento resonante del gigante rojo. Dudo que esta historia inspirada en la física del láser de electrones libres (FEL) se haya contado en detalle, pero apuesto a que sería buena. Para decirlo correctamente, uno necesitaría algunas buenas simulaciones utilizando un código FEL adaptado a un sistema de coordenadas radiales.

El punto de partida para esta imagen fue: La respuesta del usuario de Quora a ¿Cómo se convierten las estrellas de neutrones en agujeros negros?

Lynnie Saade

Las estrellas se forman a partir de nubes de gas (nebulosas). El gas tiene gravedad, por lo que cuando el gas comienza a compactarse debido a la turbulencia, se vuelve más denso en ciertas áreas y, por lo tanto, la gravedad total por metro cuadrado aumenta en esa región. Esto a su vez “atrae” más gases de los alrededores y, por lo tanto, el tamaño de este paquete de gas aumenta a medida que la nube de gas colapsa.

Cuando el tamaño de este haz de gas se vuelve lo suficientemente grande, la presión en el centro aumenta tanto que comienza a calentarse. Este cálido centro es lo que algún día se convertirá en la estrella.

Cuando alcanza la madurez, el calor y la presión en el centro se vuelven tan intensos que se produce la fusión nuclear, que forma elementos más pesados como el hidrógeno, hasta el hierro a medida que el núcleo de la estrella se derrumba sobre sí mismo.

Esto a su vez podría hacer que la estrella palpite si este proceso no es constante / consistente, lo que a su vez hace que pierda sus capas externas.

Cuando se han eliminado todas las capas externas, terminas solo con el núcleo extremadamente caliente, o más bien una enana blanca. Nuestro sol probablemente tendrá este destino. Eventualmente, debido a que no tiene más combustible, esta enana blanca se enfriará y ‘desaparecerá’, a menos que sea lo suficientemente grande donde la presión de los electrones no pueda soportar el núcleo contra un mayor colapso.

Sin embargo, si esta estrella está en un sistema binario, ‘robará’ gases de las otras estrellas cercanas debido a que tiene tanta masa que se compacta en un área tan pequeña. Esto continuará hasta que tenga lugar una nova, donde las capas externas de gas que ‘robó’ de las estrellas cercanas, son expulsadas del núcleo debido a un estallido de fusión nuclear.

A veces, las enanas blancas expulsan tanto de estos gases que explotan por completo, lo que conocemos como una supernova.

En estrellas muy grandes, la estrella continuará formando elementos más pesados para soportar el núcleo contra el colapso, sin embargo, cuando ya no puede formar elementos más pesados, el núcleo está ‘expuesto’ y puede reducirse de unos pocos miles de millas de diámetro, a solo unas pocas millas La capa externa inicialmente colapsa con el núcleo, pero luego rebota debido a la inmensa energía que se libera y se expulsa hacia afuera ferozmente.

Cuando se produce esta supernova, con el núcleo lo suficientemente grande (1,4 a 3 masas solares), el colapso continúa aún más, donde la presión se vuelve tan grande que los electrones y los protones se combinan para formar neutrones. Oficialmente, ahora tendría una estrella de neutrones, que al igual que la enana blanca, es muy densa, aunque bastante pequeña, con una gran cantidad de masa compactada en una pequeña región. Sin embargo, la estrella de neutrones tiene mucha más masa, que está mucho, mucho más densamente compactada.

También tienen campos magnéticos extremadamente potentes que aceleran las partículas atómicas alrededor de sus polos, lo que produce un potente haz que podemos observar como una luz pulsante cuando apunta directamente a la Tierra. En este caso lo llamaríamos Pulsar.

Si el núcleo es más grande que 3 masas solares cuando ocurre una supernova, se produce un colapso adicional donde el núcleo colapsa en un agujero negro. Debido a la gran cantidad de masa que se compacta en un área infinitamente pequeña (singularidad), la gravedad se vuelve tan grande que ni siquiera la luz puede escapar. Es por eso que no podemos verlos directamente, sin embargo, si este evento ocurre en un sistema estelar binario, el agujero negro robará gases de las estrellas circundantes que luego rodearán el agujero negro, y a medida que los gases se calientan a niveles extremadamente altos temperaturas que emitirían rayos X y rayos gamma, que luego podemos detectar para confirmar que hay un agujero negro.

A medida que el agujero negro ‘absorbe’ más materia, la gravedad aumenta y, por lo tanto, el área que se ve afectada por su ‘gravedad aumenta de tamaño. El área afectada es grande, sin embargo, hay un límite en términos de distancia desde el núcleo donde la luz aún puede escapar del tirón gravitacional. Este ‘umbral’ se llama horizonte de eventos. Una vez que te acercas, nada puede escapar del tirón.

Al mirar hacia atrás en la nova y la supernova, se produce un poco de efecto fénix. Dado que en la muerte de esas estrellas, los elementos en los que consistían se extienden por el resto de los sistemas circundantes, lo que finalmente conduciría al nacimiento de nuevas estrellas y sistemas planetarios que, a su vez, seguirán el mismo ciclo de vida.

Omkar Inamdar

Esta pregunta tiene una respuesta en otra pregunta reciente,

“ ¿Por qué las galaxias colapsan en discos, pero las estrellas y los planetas colapsan en esferas? “

Estas cosas se deben a la gravedad, familiar para todos, pero involucran otros dos principios que son mucho menos conocidos.

Una es que las galaxias, las estrellas, los planetas y los cuerpos más pequeños comienzan agregándose individualmente del medio interestelar (principalmente hidrógeno), como planetesimales. Estos planetesimales son inicialmente aleatorios en masa y dirección de movimiento, y es su ordenamiento posterior el que termina como sistemas solares y galaxias, en lugar de al revés.

La atracción gravitacional normal hace que algunos planetesimales se agrupen en cuerpos más grandes, como planetas y, a veces, estrellas, este último con una masa lo suficientemente grande como para que se encienda el encendido y emitan luz visible. Estos cuerpos más grandes también, lo que es más importante, heredan suficiente impulso angular de sus constituyentes para que giren. Y como un patinador giratorio que gira más rápidamente dibujando en sus brazos, esta rotación se magnifica a medida que sus masas se contraen en un núcleo.

Un sistema solar no se forma a partir de la materia en una estrella, sino que una vez que un objeto de alta masa como una estrella se ha agregado, comienza a obtener el control gravitacional de los planetas y los planetesimales cercanos y ajusta sus órbitas a través de un mecanismo conocido como Forzamiento ecuatorial. Esto convierte gradualmente los movimientos de los cuerpos cercanos en órbitas cercanas al plano ecuatorial de la estrella giratoria. Es un proceso lento, en el caso de nuestro sistema solar tomó alrededor de mil millones de años.

Los planetas colapsan en formas aproximadamente esféricas una vez que su masa es lo suficientemente grande como para que la gravedad trabaje en ellos. El límite de tamaño es de unos pocos cientos de kilómetros: de los asteroides, solo el más grande, Ceres, con un diámetro de 975 km, es lo suficientemente masivo como para ser esférico (y, por lo tanto, clasificado como un Planeta Menor). Vesta y Pallas, cada una de poco más de 500 km, son esféricas, y los asteroides más pequeños pueden tener forma de papa o ser irregulares.

Los mismos principios se aplican a una galaxia como a un sistema solar. En el centro de cualquier galaxia hay una enorme masa llamada agujero negro supermasivo o AGN (Núcleo Galáctico Activo) que gira increíblemente rápido. Esto utiliza el forzamiento ecuatorial para restringir las órbitas de las estrellas cercanas en el disco de su plano de rotación (este es un trabajo muy nuevo, no ampliamente conocido).

Hay más detalles sobre estos asuntos en:

P1: El modelo Cosg Smog para la formación del sistema solar y la naturaleza de ‘Dark Matter’ .

Kumar Chandan

Supernovas: la explosión de una estrella masiva de mil millones de años es el origen de miles de millones de estrellas en el universo existente. Cuando las estrellas masivas que tienen miles de millones de masa solar mueren con una explosión, es decir, una supernova, la mayor explosión que tiene lugar en el espacio. Las supernovas juegan un papel importante en la distribución de elementos que quedaron después de la explosión en el espacio. Estos restos son la razón para crear estrellas, planetas como la Tierra. Después de la supernova, estos elementos restantes vuelven a caer bajo la atracción de la gravedad para formar nuevamente las estrellas, los planetas dependen de las diferentes condiciones y esta cadena continúa.

Durante la etapa inicial del universo después del Big Bang, el universo estaba caliente y denso. A medida que se expandió, se enfrió lentamente durante el lapso de miles de millones de años, lo que creó nubes de hidrógeno, el primer elemento atómico que se creó en el universo. Estas nubes de hidrógeno bajo la acción de la gravedad se acercaron para formar diferentes galaxias, estrellas, planetas, sistemas solares al universo en el que vivimos ahora.

( Créditos de imagen: Wikipedia)

Shrinkhala

Toda la materia con la masa se dobla espacio-tiempo de una manera que hace que otras masas cercanas sean atraídas. Llamamos a la fuerza que regula esa atracción la gravedad.

La fuerza gravitacional entre dos objetos cualquiera está definida por la ecuación:

F = GM1M2 / r ^ 2

G es una constante, por lo que las variables son las masas de los dos objetos (M1 y M2) y la distancia entre sus centros (r).

Entonces, imagine una vasta nube de gas, principalmente hidrógeno, ya que ese es el átomo más simple.

(Nota: no dibujé todos los vectores, me volví perezoso)

Podemos ver en el diagrama que las moléculas de gas individuales se tiran entre sí. Tenga en cuenta que no hay fuerzas que alejen las moléculas externas de la nube; todas las fuerzas las empujan hacia adentro. Entonces, después de un período de tiempo, todas las moléculas se moverán hacia el centro de masa de la nube, así:

Y así…

Eventualmente llegamos al punto donde tenemos una masa condensada donde hay poco espacio para el movimiento. Las moléculas en el centro están todas bajo presión por el peso de las moléculas más alejadas, que están tratando de llegar al centro.

La gran cantidad de átomos es alucinante en este escenario. Nuestro sol, una estrella no particularmente grande, tiene alrededor de 1.2E57 átomos. Se necesitan alrededor de 8.37E55 átomos de hidrógeno para aplastar y crear suficiente calor para iniciar la fusión.

Una cosa interesante es que si la fusión no se iniciara, la masa seguiría condensándose hasta colapsarse. El calor de la fusión crea una fuerza contraria que mantiene la estrella estable.

Matin Saiyed

El polvo cósmico.

La gravedad nunca es cero en ningún lado. A medida que se acumula el polvo en el espacio (que consiste principalmente en hidrógeno pero también en otros elementos más pesados), al principio, no son muy grandes. Entonces la gravedad aún no los afecta. A medida que se acumula más polvo, se forman nubes muy masivas de gases y polvo. Estas se llaman nebulosas. Al ser tan grande y masivo, la gravedad del polvo comienza a unir todo.

A medida que el asunto se acerca, se calienta. Además, la gravedad comienza a fortalecerse a medida que la materia se vuelve más compacta debido a la distancia reducida. Ahora, pronto, es una bola compacta de gases y polvo en su mayoría, y comienza a colapsar bajo su propia gravedad. Los gases en el núcleo experimentan tanta presión debido a la gravedad, que comienzan a fusionarse para formar elementos superiores. El hidrógeno comienza a fusionarse formando helio. Este proceso libera tanta energía que anula la enorme gravedad y evita que los gases colapsen.

Esto es ahora una estrella. La energía liberada en el núcleo alcanza la superficie en forma de calor, luz, radiaciones, etc. Esto explica el calor y la luz de una estrella.

Espero que esta respuesta aclare las cosas 🙂

Lynnie Saade

La formación estelar es el proceso por el cual las regiones densas dentro de las nubes moleculares en el espacio interestelar, a veces denominadas “viveros estelares” o “regiones formadoras de estrellas”, colapsan para formar estrellas. Como una rama de la astronomía, la formación estelar incluye el estudio de las nubes moleculares interestelares y gigantescas moleculares (GMC) como precursoras del proceso de formación estelar, y el estudio de protostars y objetos estelares jóvenes como sus productos inmediatos. Está estrechamente relacionado con la formación de planetas, otra rama de la astronomía. La teoría de la formación de estrellas, además de explicar la formación de una sola estrella, también debe tener en cuenta las estadísticas de estrellas binarias y la función de masa inicial.

A través de https://en.wikipedia.org/wiki/St …

Mathijs Booden

De acuerdo, esta es una gran cantidad de preguntas (definitivamente no es algo malo). Entonces los responderé uno a la vez.

Primera pregunta) Se forma una estrella cuando hay una gran nube de hidrógeno y otros elementos hechos de una supernova. A medida que los polvos y los gases se arremolinaban, la gravedad se agranda y, finalmente, los núcleos de los átomos de hidrógeno se tocan para producir helio y mucha energía que conocemos como fusión. Lo siento, no entré en detalles masivos, pero aquí hay algunas buenas fuentes de información: