Evolución Estelar: Fase de Protoestrella y Teoría de la Pista de Hayashi. Aprende cómo nacen las estrellas y los procesos físicos implicados.
Evolución Estelar: Fase de Protoestrella y Teoría de la Pista de Hayashi
La evolución estelar es un proceso fascinante que describe cómo las estrellas nacen, evolucionan y eventualmente mueren. Este viaje cósmico comienza en una fase esencial conocida como la fase de protoestrella, y está delineado por teorías como la Pista de Hayashi, que nos ayudan a entender mejor estas primeras etapas. En este artículo, exploraremos los conceptos fundamentales de la fase de protoestrella y la Teoría de la Pista de Hayashi.
Las estrellas se forman en gigantescas nubes de gas y polvo llamadas nebulosas. Estas nubes pueden ser perturbadas por eventos como la explosión de una supernova cercana, lo que provoca el colapso gravitacional de una región dentro de la nebulosa. Cuando una región suficientemente densa colapsa bajo su propia gravedad, se convierte en lo que llamamos una protoestrella.
Fase de Protoestrella
Una protoestrella es, esencialmente, una estrella en formación. Durante esta fase, el gas y el polvo colapsan y se calientan debido a la contracción gravitacional. Este colapso continúa hasta que la densidad y la temperatura en el núcleo de la protoestrella son lo suficientemente altas como para iniciar fusiones nucleares.
Los principales procesos físicos en la fase de protoestrella incluyen:
Debido a la conservación del momento angular, el material colapsante tiende a formar un disco de acreción alrededor de la protoestrella. Eventualmente, cuando la temperatura y presión son lo suficientemente altas, comienzan las reacciones nucleares, marcando el fin de la fase de protoestrella y el nacimiento de una estrella en la secuencia principal.
Teoría de la Pista de Hayashi
La teoría de la Pista de Hayashi describe el camino evolutivo que sigue una protoestrella en un diagrama Hertzsprung-Russell (HR), una herramienta fundamental en la astronomía que grafica la luminosidad frente a la temperatura efectiva de las estrellas.
La Pista de Hayashi fue propuesta por el astrofísico japonés Chushiro Hayashi en la década de 1960. Esta teoría nos proporciona una descripción de las fases pre-main sequence, o pre-secuencia principal, de la evolución estelar.
En este diagrama, las protoestrellas aparecen en un área específica llamada línea de Hayashi. A lo largo de su evolución hacia la secuencia principal, la protoestrella desciende a lo largo de esta línea. A continuación, describimos los elementos clave de la teoría:
Matemáticamente, la evolución de una protoestrella puede describirse mediante la ecuación de Lane-Emden para polvos estelares, así como mediante ecuaciones de estado simplificadas que relacionan la presión (P), la temperatura (T) y la densidad (ρ).
La ecuación de Lane-Emden, por ejemplo, es:
\[ \frac{1}{\xi^2}\frac{d}{d\xi}\left(\xi^2\frac{d\theta}{d\xi}\right) + \theta^n = 0 \]
donde \(\theta\) es la función de potencial adimensional, \(\xi\) es la coordenada radial adimensional y \(n\) es el índice politrópico. Estas ecuaciones ayudan a los astrofísicos a modelar el comportamiento de las protoestrellas y predecir sus propiedades.
La Pista de Hayashi es esencialmente una fase en la que la protoestrella no cambia mucho su luminosidad pero sí disminuye considerablemente su temperatura superficial. Al final de esta pista, la protoestrella alcanzará condiciones en las que comenzará la fusión del hidrógeno en su núcleo, ingresando en la secuencia principal como una estrella estable.