La nueva mirada de Galileo

Viaje al interior de las estrellas

Suena a película americana de mucho presupuesto, de dudoso rigor científico y con muchas dosis de fantasía. ¿Cómo puede ser que viajemos al interior de una estrella? El avezado lector convendrá conmigo que la cosa tiene su miga. Por lo pronto, la estrella más cercana a la Tierra es el Sol, y está a la friolera de ¡8 minutos-luz! Una sonda que se enviara al Sol tendría primero que sobrevivir al viento solar, cuyas partículas energéticas pondrían en serios apuros a los instrumentos de medición instalados a bordo.  Luego,  tendría que vérselas con altísimas temperaturas, desde los seis mil grados Celsius de la superficie solar hasta  millones  de grados del núcleo, donde se producen reacciones nucleares. A día de hoy esta peripecia es pura fantasía pero ¡sssst!,  ¿les cuento un secreto? – Cada día, astrofísicos de todo el Mundo viajan al interior de las estrellas¹. ¿Cómo? – gracias a la Física, y sobre todo, al ingenio. Quédense y se lo cuento.

Para situarnos, recordemos que una estrella está compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con pequeñas proporciones de otros elementos más pesados. Brilla debido a la gran cantidad de energía en forma de radiación liberada por las reacciones nucleares que se producen en su núcleo. La radiación y el gas de la estrella hacen presión hacia afuera equilibrando la fuerza de la gravedad del propio material estelar,  y proporcionándole a su vez un aspecto esférico². 
Todos hemos visto cómo la mínima perturbación en un estanque de agua en reposo provoca ondas, desde el aleteo de un pez, hasta la brisa al rozar la superficie. No es pues descabellado imaginar que en el interior de una estrella se producen ondas constantemente, muchas de las cuales llegan a la superficie haciéndola vibrar, es decir, deformándola, como le ocurre a la piel de un tambor gracias a la onda de sonido provocada por el golpeo de la baqueta.

Ya tenemos pues un fenómeno físico – la propagación de ondas – que conecta el interior de una estrella con su superficie. Bastaría pues con escuchar esas ondas para disfrutar de un relato fidedigno de su aventura por las entrañas de la estrella. ¿Le resulta familiar? ¡Exacto! La Sismología obra de forma similar. Esta rama de la Geofísica estudia el interior de la Tierra analizando las ondas que se propagan en su interior, ya sea por fenómenos naturales (fallas, terremotos, volcanes, etc.) o artificiales (cargas estratégicamente colocadas). Pues bien, de forma análoga existe una rama de la Astrofísica llamada Sismología Estelar o Astrosismología, que estudia el interior estelar a partir del análisis de las ondas que se propagan por la estrella. Éstas, al contrario de las ondas sísmicas de la Tierra, no pierden su energía y están reflejándose continuamente dentro de la estrella.
Pero ¿cómo detectamos las ondas estelares a millones de kilómetros de distancia y en el vacío? – Recurriendo al ingenio al que hacíamos alusión al comienzo de este artículo.  El astrosismólogo detecta, en realidad, variaciones de la intensidad luminosa proveniente de la estrella. Dichas variaciones son periódicas y obedecen a deformaciones de la superficie estelar inducidas por los modos naturales de oscilación de la estrella. Se trata de los modos propios de vibración, como los característicos de los instrumentos musicales. Cada modo de oscilación se corresponde con una variación de la luz única, lo que permite su identificación (de la misma manera que reconocemos una nota musical).
El análisis de los modos de oscilación permite al científico, mediante modelos matemáticos, escudriñar el interior de las estrellas y aprender muchas cosas sobre su estructura y evolución, así como sobre los diversos procesos físicos que en ellas tienen lugar. Así pues, gracias a la Astrosismología es posible, por ejemplo, conocer la distribución de la masa de una estrella, de su densidad, temperatura o presión; es posible estudiar cómo rota el material estelar en cada punto o cómo se mezclan los elementos químicos debido a la rotación; es posible analizar qué papel juega la difusión, la convección, turbulencia, etc.
Todo ello convierte a la Astrosismología en el gran laboratorio de la Física Estelar, cuyos resultados son usados a diario en muchos otros campos de la Astrofísica, como por ejemplo, para la determinación de las edades de los cúmulos globulares – algo muy valioso para inferir la edad del Universo – o para comprender el origen de los elementos químicos o incluso la historia del Sol y del Sistema Solar.
Aún más, la Astrosismología es la agencia de viajes, transporte y guía de nuestra aventura por el interior de una estrella. Una aventura apasionante y enriquecedora. ¿Equipaje? – la curiosidad.

Despiece CoRoT y Kepler:
La Astrosismología posee una natural relación con la búsqueda y estudio de otros sistemas planetarios cuya historia y características físicas están intrínsecamente ligadas a la estrella que los alberga. Ambas disciplinas comparten técnica de observación: los planetas son detectados a partir de la variación de la intensidad luminosa proveniente de la estrella debido a la interposición del planeta entre la estrella y el observador (tránsito). Muestra de esta relación son sendas misiones espaciales, CoRoT (CNES, ESA)  y Kepler (NASA), que combinan la búsqueda de planetas extrapolares con el estudio de los interiores estelares.
 

¹  La reproducción pública y difusión de este secreto es gratuita y altamente recomendable.

²  En la realidad sólo las estrellas que giran muy lentamente, como el Sol, pueden asimilarse a una esfera, aunque estrictamente no lo son. Cuando las estrellas rotan rápidamente, la fuerza centrífuga les confieren una forma de esferoides de rotación (más achatadas en el ecuador que en los polos).

AUTOR >> Juan Carlos Suárez - Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

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