El Sol siempre ha sido el centro de nuestros sistemas cosmológicos. Pero con el advenimiento de la astronomía moderna, los seres humanos se han dado cuenta de que el Sol no es más que una de las innumerables estrellas de nuestro Universo. En esencia, es un ejemplo perfectamente normal de estrella de secuencia principal de tipo G (G2V, también conocida como «enana amarilla»). Y como todas las estrellas, tiene una vida útil, caracterizada por una formación, una secuencia principal y una muerte final.
Esta vida útil comenzó hace aproximadamente 4.600 millones de años, y continuará durante otros 4.500 – 5.500 millones de años, cuando agotará su suministro de hidrógeno, helio y colapsará en una enana blanca. Pero esto es sólo la versión abreviada de la vida del Sol. Como siempre, Dios (o el Diablo, según a quién se le pregunte) está en los detalles
Para desglosarlo, el Sol está a mitad de camino en la parte más estable de su vida. En el transcurso de los últimos cuatro mil millones de años, durante los cuales nació el planeta Tierra y todo el Sistema Solar, ha permanecido relativamente sin cambios. Esto seguirá siendo así durante otros cuatro mil millones de años, momento en el que habrá agotado su suministro de combustible de hidrógeno. Cuando eso ocurra, ocurrirán cosas bastante drásticas:
El nacimiento del Sol:
Según la Teoría Nebular, el Sol y todos los planetas de nuestro Sistema Solar comenzaron como una nube gigante de gas molecular y polvo. Entonces, hace unos 4.570 millones de años, ocurrió algo que provocó el colapso de la nube. Esto podría haber sido el resultado de una estrella que pasa, o las ondas de choque de una supernova, pero el resultado final fue un colapso gravitacional en el centro de la nube.
Desde este colapso, las bolsas de polvo y gas comenzaron a acumularse en regiones más densas. A medida que las regiones más densas atraían más y más materia, la conservación del momento hizo que comenzara a girar, mientras que el aumento de la presión hizo que se calentara. La mayor parte del material acabó formando una bola en el centro, mientras que el resto de la materia se aplanó en un disco que daba vueltas a su alrededor.
La bola del centro acabaría formando el Sol, mientras que el disco de material formaría los planetas. El Sol pasó unos 100.000 años como protoestrella en colapso antes de que la temperatura y las presiones en el interior encendieran la fusión en su núcleo. El Sol comenzó como una estrella T Tauri, una estrella muy activa que expulsaba un intenso viento solar. Y unos pocos millones de años después, se estabilizó en su forma actual. El ciclo vital del Sol había comenzado.
La secuencia principal:
El Sol, como la mayoría de las estrellas del Universo, se encuentra en la etapa de la secuencia principal de su vida, durante la cual las reacciones de fusión nuclear en su núcleo fusionan el hidrógeno en helio. Cada segundo, 600 millones de toneladas de materia se convierten en neutrinos, radiación solar y aproximadamente 4 x 1027 vatios de energía. En el caso del Sol, este proceso comenzó hace 4.570 millones de años, y ha estado generando energía de esta manera desde entonces.
Sin embargo, este proceso no puede durar para siempre ya que hay una cantidad finita de hidrógeno en el núcleo del Sol. Hasta ahora, se calcula que el Sol ha convertido en helio y energía solar una cantidad 100 veces superior a la masa de la Tierra. A medida que se convierte más hidrógeno en helio, el núcleo sigue encogiéndose, lo que permite que las capas exteriores del Sol se acerquen al centro y experimenten una mayor fuerza gravitatoria.
Esto ejerce una mayor presión sobre el núcleo, que es resistida por el consiguiente aumento de la velocidad a la que se produce la fusión. Básicamente, esto significa que a medida que el Sol sigue gastando hidrógeno en su núcleo, el proceso de fusión se acelera y la producción del Sol aumenta. En la actualidad, esto está provocando un aumento de la luminosidad del 1% cada 100 millones de años, y un aumento del 30% en el transcurso de los últimos 4.500 millones de años.
Dentro de 1.100 millones de años, el Sol será un 10% más brillante que en la actualidad, y este aumento de la luminosidad también supondrá un aumento de la energía térmica, que la atmósfera de la Tierra absorberá. Esto desencadenará un efecto invernadero húmedo aquí en la Tierra que es similar al calentamiento descontrolado que convirtió a Venus en el ambiente infernal que vemos allí hoy.
Dentro de 3.500 millones de años, el Sol será un 40% más brillante de lo que es ahora. Este aumento provocará la ebullición de los océanos, el derretimiento permanente de los casquetes polares y la pérdida de todo el vapor de agua de la atmósfera en el espacio. En estas condiciones, la vida tal y como la conocemos no podrá sobrevivir en ningún lugar de la superficie. En resumen, el planeta Tierra llegará a ser otro Venus caliente y seco.
Agotamiento del hidrógeno del núcleo:
Todas las cosas deben terminar. Eso es cierto para nosotros, eso es cierto para la Tierra, y eso es cierto para el Sol. No va a ocurrir pronto, pero un día en un futuro lejano, el Sol se quedará sin combustible de hidrógeno y se encorvará lentamente hacia la muerte. Esto comenzará en aproximadamente 5.400 millones de años, momento en el que el Sol saldrá de la secuencia principal de su vida útil.
Con el hidrógeno agotado en el núcleo, la ceniza de helio inerte que se ha acumulado allí se volverá inestable y colapsará bajo su propio peso. Esto hará que el núcleo se caliente y se vuelva más denso, haciendo que el Sol aumente de tamaño y entre en la fase de Gigante Roja de su evolución. Se calcula que el Sol en expansión crecerá lo suficiente como para abarcar las órbitas de Mercurio, Venus e incluso la Tierra. Incluso si la Tierra sobrevive, el intenso calor del sol rojo abrasará nuestro planeta y hará completamente imposible que la vida sobreviva.
Fase final y muerte:
Una vez que alcance la fase de Gigante Roja (RGB), al Sol le quedarán aproximadamente 120 millones de años de vida activa. Pero en este tiempo pasarán muchas cosas. En primer lugar, el núcleo (lleno de helio degenerado), se encenderá violentamente en un destello de helio -donde aproximadamente el 6% del núcleo y el 40% de la masa del Sol se convertirán en carbono en cuestión de minutos.
El Sol se reducirá entonces a unas 10 veces su tamaño actual y 50 veces su luminosidad, con una temperatura un poco más baja que la actual. Durante los próximos 100 millones de años, seguirá quemando helio en su núcleo hasta que se agote. En ese momento, se encontrará en su fase de rama asintótica-gigante (AGB), en la que se expandirá de nuevo (esta vez mucho más rápido) y se volverá más luminoso.
En el transcurso de los siguientes 20 millones de años, el Sol se volverá inestable y comenzará a perder masa a través de una serie de pulsos térmicos. Éstos se producirán cada 100.000 años aproximadamente, haciéndose más grandes cada vez y aumentando la luminosidad del Sol a 5.000 veces su brillo actual y su radio a más de 1 UA.
En este punto, la expansión del Sol abarcará la Tierra o la dejará completamente inhóspita para la vida. Es probable que los planetas del Sistema Solar Exterior cambien drásticamente, a medida que se absorba más energía del Sol, provocando la sublimación de sus hielos de agua, tal vez formando una atmósfera densa y océanos en la superficie. Al cabo de unos 500.000 años, sólo quedará la mitad de la masa actual del Sol y su envoltura exterior comenzará a formar una nebulosa planetaria.
La evolución posterior a la AGB será aún más rápida, a medida que la masa expulsada se ionice para formar una nebulosa planetaria y el núcleo expuesto alcance los 30.000 K. La temperatura final del núcleo desnudo será superior a los 100.000 K, tras lo cual el remanente se enfriará hacia una enana blanca. La nebulosa planetaria se dispersará en unos 10.000 años, pero la enana blanca sobrevivirá durante trillones de años antes de desvanecerse hasta convertirse en negra.
Finalidad de nuestro Sol:
Cuando la gente piensa en la muerte de las estrellas, lo que típicamente le viene a la mente son las supernovas masivas y la creación de agujeros negros. Sin embargo, este no será el caso de nuestro Sol, debido al simple hecho de que no es lo suficientemente masivo. Aunque pueda parecernos enorme, el Sol es una estrella de masa relativamente baja comparada con algunas de las enormes estrellas de gran masa que hay en el Universo.
Como tal, cuando nuestro Sol se quede sin combustible de hidrógeno, se expandirá hasta convertirse en una gigante roja, hinchará sus capas exteriores y luego se asentará como una estrella enana blanca compacta, para luego enfriarse lentamente durante trillones de años. Sin embargo, si el Sol tuviera unas 10 veces su masa actual, la fase final de su vida sería significativamente más (ejem) explosiva.
Cuando este Sol supermasivo se quedara sin combustible de hidrógeno en su núcleo, pasaría a convertir átomos de helio, y luego átomos de carbono (igual que el nuestro). Este proceso continuaría, con el Sol consumiendo combustible cada vez más pesado en capas concéntricas. Cada capa tardaría menos que la anterior, hasta llegar al níquel, que podría tardar sólo un día en quemarse.
Entonces, el hierro empezaría a acumularse en el núcleo de la estrella. Como el hierro no desprende ninguna energía cuando se somete a la fusión nuclear, la estrella no tendría más presión hacia el exterior en su núcleo para evitar que se colapse hacia dentro. Cuando alrededor de 1,38 veces la masa del Sol sea hierro acumulado en el núcleo, implosionaría catastróficamente, liberando una enorme cantidad de energía.
En ocho minutos, el tiempo que tarda la luz en viajar desde el Sol a la Tierra, una cantidad incomprensible de energía pasaría por la Tierra y destruiría todo lo que hay en el Sistema Solar. La energía liberada podría ser suficiente para eclipsar brevemente la galaxia, y una nueva nebulosa (como la nebulosa del Cangrejo) sería visible desde los sistemas estelares cercanos, expandiéndose hacia el exterior durante miles de años.
Todo lo que quedaría del Sol sería una estrella de neutrones que gira rápidamente, o tal vez incluso un agujero negro estelar. Pero, por supuesto, éste no será el destino de nuestro Sol. Dada su masa, acabará colapsando en una estrella blanca hasta que se queme. Y, por supuesto, esto no ocurrirá hasta dentro de unos 6.000 millones de años. En ese momento, la humanidad habrá muerto hace tiempo o habrá seguido adelante. Mientras tanto, ¡tenemos muchos días de sol que esperar!
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre el Sol aquí en Universe Today. Aquí están ¿Qué color tiene el Sol?, ¿Qué tipo de estrella es el Sol?, ¿Cómo produce energía el Sol? y ¿Podríamos terraformar el Sol?
Astronomy Cast también tiene algunos episodios interesantes sobre el tema. Échales un vistazo: Episodio 30: El Sol, con manchas y todo, Episodio 108: La vida del Sol, Episodio 238: Actividad solar.
Para más información, consulte la Guía del Sistema Solar de la NASA.