Ralentizando la muerte del Sol

¡Vamos a morir todos! Tarde o temprano, el universo nos pondrá en el lugar que nos corresponda porque una cosa está clara: al universo le importamos un bledo. Somos un mero accidente en la historia del cosmos. No tenemos más que pensar en la inmensidad del espacio y en las innumerables amenazas que se ciernen sobre nuestras cabezas: impactos de asteroides y cometas, encuentros cercanos con otras estrellas o agujeros negros, colisiones de galaxias, supernovas, GRBs (Gamma Ray Bursts), etc. Algunos de estos terribles eventos pueden tener lugar a intervalos temporales relativamente cortos y otros, en cambio, no tanto. Así, por ejemplo, los impactos de asteroides se producen tanto menos frecuentemente cuanto mayor es el tamaño de los mismos.

En cuanto a los cometas de período largo, por ejemplo, el tiempo entre impactos parece depender inversamente del número de aquellos que penetran cada año en nuestro sistema solar procedentes de la nube de Oort. Los encuentros cercanos con otras estrellas son mucho menos frecuentes; de hecho, las simulaciones por ordenador muestran que no tendrá lugar un evento como este entre el Sol y otra estrella en los próximos 5000 millones de años y para distancias de aproximación menores de unas 730 UA (la UA es la distancia media entre la Tierra y el Sol, unos 150 millones de kilómetros). Por otra parte, las explosiones de supernovas y los GRBs no deben preocuparnos en los próximos 1 a 100 millones de años, a no ser que tengan lugar a distancias inferiores a los 200 años luz para las primeras y 3000 años luz para los segundos.

Fuente imagen Wikicommons CC
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Pensemos por un momento en que nuestra suerte o nuestra tecnología nos permita sobrevivir, a más o menos largo plazo, a todos estos eventos citados más arriba. A pesar de todo, desde que se descubrió que la fusión nuclear es la fuente de energía que mantiene con vida el Sol, sabemos que nuestra estrella transforma cuatro millones de toneladas de hidrógeno en energía cada segundo de su vida. Desde su formación, hace aproximadamente 4500 millones de años, ha consumido el equivalente a la masa de 100 planetas como la Tierra. Se estima entonces que nuestra estrella continuará fusionando hidrógeno y transformándolo en helio hasta que su edad alcance los diez mil millones de años, aproximadamente.

No obstante, una cosa es segura: tiene los días contados y, finalmente, tras consumir su combustible nuclear, acabará convirtiéndose en una enana blanca que irá apagándose poco a poco hasta el final… o quizá no. ¿Cabría la posibilidad de ralentizar el proceso natural de envejecimiento de nuestro Sol y extender su vida evitando con ello la extinción de la misma en la Tierra?

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Como ya he dicho, el Sol abandonará la secuencia principal (la fase vital a lo largo de la cual una estrella fusiona hidrógeno en helio) y comenzará su fase de gigante roja dentro de unos 5500 millones de años, lo que hará que su luminosidad aumente espectacularmente. A medida que esto suceda la zona de habitabilidad de nuestro sistema solar se extenderá paulatinamente hacia los planetas exteriores. Como consecuencia de la expansión de la atmósfera solar, Mercurio comenzará a moverse en un gas cada vez más denso y caliente, lo que acelerará su caída hacia el Sol. Este trágico final será extraordinariamente veloz, en apenas 100 años. Con nuestro planeta, la cosa no está tan clara pues los modelos teórico-numéricos predicen que el Sol se expandirá hasta que su radio sea entre 200 y 250 veces mayor que el actual y dado que la Tierra se encuentra ahora a una distancia del Sol de unos 215 radios solares, no se puede descartar que podría ser también arrasada.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que a medida que el Sol vaya expulsando masa, su poder de atracción gravitatoria se verá reducido y, en consecuencia, la Tierra se irá alejando de él. Para que nuestro planeta no se vea destruido en el proceso, la masa de nuestra estrella debería verse reducida en al menos un 14 %. Como quiera que las estrellas de masa semejante al Sol suelen deshacerse de entre un 20 % y un 30 % de sus masas, parece plausible que la Tierra sobreviva a la fase de gigante roja del Sol. Aunque con este modelo la Tierra se aleja, no ocurre en la misma medida con Júpiter, que en promedio se acercará a nosotros, quizá desplazando con él al cinturón de asteroides, un hecho de consecuencias imprevisibles.

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Un segundo problema es el que tiene que ver con la temperatura. En un planeta, esta aumenta en un grado centígrado por cada 1 % en el aumento de la luminosidad de su estrella madre. Para que se pudiera mantener la luminosidad del Sol idéntica al principio y al final de su tiempo de permanencia en la secuencia principal, su masa debería reducirse hasta en un 70 % y todo ello admitiendo que su composición sea prácticamente homogénea, cosa que no sucede. Como digo más arriba, esta reducción de masa en el caso de una estrella de tipo solar es de sólo un 30 % como máximo. Así pues, se hace necesario eliminar masa de forma artificial, al tiempo que se debe lograr una mezcla interna de tal forma que su composición química alcance la necesaria homogeneidad.

El aumento de temperatura del Sol y, por tanto, de su luminosidad, traerá como consecuencia el incremento en la cantidad de radiación ultravioleta que recibirá la Tierra. Si la temperatura del Sol se duplicase entonces la UV-A (con longitudes de onda comprendidas entre 315 y 400 nanómetros) aumentaría hasta en un factor 34 y la UV-B (280-315 nm) nada menos que en un factor 66. Dependiendo de la forma particular en la que se lleve a cabo la eliminación de masa, el escenario puede resultar particularmente dramático en caso de que el material extraído del Sol quedase contenido en el interior de la órbita terrestre. En este caso será esencial blindar la Tierra del flujo de rayos UV (con una vela situada entre la Tierra y el Sol, por ejemplo). En el supuesto de que el material extraído de nuestra estrella fuese expulsado al espacio exterior, la dosis de radiación no sería tan preocupante ya que la Tierra se alejaría paulatinamente.

1.- Eliminar masa

Existen dos posibles alternativas en el proceso de reducción de masa de una estrella. En primer lugar, la extracción de material a partir de la fotosfera y cromosfera solares. La otra consiste en extraerlo de las capas más profundas.

Para la primera de ellas, se puede utilizar una flota de naves espaciales semejantes a un “ramjet” de Boussard, que irían retirando masa del Sol. La nave sería acelerada y mediante una trayectoria hiperbólica atravesaría la atmósfera exterior del Sol, extrayendo el material en sucesivas pasadas. Otra estrategia consistiría en disponer de una flota de satélites en órbita polar común alrededor del Sol. Estos satélites intercambiarían haces iónicos que generarían corrientes eléctricas que arrancarían material de nuestra estrella.

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En cuanto a la segunda alternativa, se puede situar un agujero negro en el centro del Sol que vaya acretando materia. Para ello se requiere encapsular el agujero negro en una nave capaz de experimentar una considerable fuerza de fricción porque debe frenarse muy rápidamente en lugar de adquirir el conocido movimiento armónico simple (como puede verse aquí). Otra posible solución puede consistir en un anillo solar dispuesto a modo de esfera de Dyson pero con un radio mucho menor de 1 UA (bastarían unos 10 radios solares, es decir, tan sólo 7 millones de kilómetros).

La idea es que esta superficie refleje la energía del Sol hacia su propia fotosfera. Así, al calentarse las capas externas, el Sol se verá forzado a reducir la cantidad de energía que genera en su interior. Llega un momento en que debido a que la energía generada en el core no se disipa al espacio se alcanza una especie de equilibrio con temperatura más o menos constante. En teoría, lo que sucede es que el Sol deja de fusionar hidrógeno. Si la temperatura es constante, de un millón de grados, aproximadamente (justo para que la fusión nuclear no sea eficiente) y la densidad central cae a valores inferiores incluso a la densidad del agua entonces el Sol se expandirá sólo en un factor ligeramente superior a 5. Por supuesto, el anillo solar no puede ser completamente reflector, pues ha de escapar una energía suficiente como para aportar calor a los planetas del sistema solar.

2.- Mezcla

Mezclar totalmente una estrella y conseguir que su composición sea homogénea acaba con la fase de gigante roja pero no evita que se haga superluminosa. En cambio, como ya señalé anteriormente, una estrella que pierde masa se hace subluminosa. Todo esto justifica que haya que combinar el mezclado estelar con pérdida de masa para rejuvenecer el Sol. De no ser así, la fusión de hidrógeno sería excesivamente rápida. Ha de perderse masa para que la estrella tenga una luminosidad más baja y no consuma el hidrógeno demasiado rápidamente.

Otro procedimiento alternativo para reducir la luminosidad consiste en incrementar la opacidad. La opacidad es debida principalmente a la abundancia de elementos pesados, lo que provoca continuas colisiones entre estos y los fotones, incrementando así el tiempo empleado por la radiación en atravesar una determinada zona. Así pues, se podría extraer helio de la estrella y sustituirlo por hierro, aunque hacer únicamente esto no serviría ya que se incrementaría la masa estelar, algo totalmente contrario a lo que se pretende.

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Para una estrella de masa fija es necesario extender la fase de permanencia en la secuencia principal si se quiere operar a una luminosidad inferior. Esto se puede lograr modificando la presión interna de la estrella, que depende de la presión del propio plasma (componente térmica) pero también de una componente no térmica de la presión que, a su vez, viene generada por el campo magnético y la rápida rotación interna.

Cuanto mayor sea esta componente no térmica en relación a la presión del plasma, tanto más se reducirá la temperatura central de la estrella requerida para el equilibrio hidrostático. Al disminuir la temperatura central, la eficiencia de la fusión nuclear se verá igualmente reducida y lo mismo sucederá con la luminosidad. Si la presión no térmica fuese el 10 % de la térmica la vida del Sol en la secuencia principal se duplicaría; si fuera el 20 % se quintuplicaría y si fuese del 40 % entonces se multiplicaría espectacularmente hasta por un factor 46.

El campo magnético actual del Sol tiene su origen en su región convectiva (en el tercio más exterior) y lo que se pretende es que sea convectivo su core o parte central. Esto requeriría la eliminación de masa, pues cuanto menos masiva es una estrella tanto más convectiva. De esta manera, el campo magnético de la estrella podría dar lugar a una presión no térmica en el centro del Sol. La otra alternativa es conseguir que rotase rápidamente, del mismo modo que se genera el campo magnético terrestre por rotación del core externo, que es fluido.

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Ahora bien, ¿cómo conseguir que el Sol sea homogéneo, es decir, lograr la mezcla completa? El tercio externo es homogéneo debido a la convección. Los dos tercios más internos no lo son. Habría que mezclar, sobre todo el primero de ellos. Esto podría llevarse a cabo creando un punto caliente. ¿Cómo? Con impactos de objetos que lograsen penetrar hasta allí. Un asteroide algo más grande que el que terminó con los dinosaurios hace 66 millones de años impactando a una velocidad del orden de unos cuantos centenares de kilómetros por segundo no conseguiría penetrar más allá de unas pocas decenas de miles de kilómetros, algo claramente insuficiente. Más aún, habría que protegerlo de alguna manera con materiales extraordinariamente resistentes a las altísimas temperaturas o mediante campos magnéticos, análogamente a como hacemos con el confinamiento de los plasmas en los laboratorios terrestres. En cualquier caso, nuestra tecnología está muy lejos de esto en la actualidad.

¿Y si utilizásemos agujeros negros diminutos con masas del orden del trillón de toneladas? Podríamos situarlos en la superficie del Sol y dejarlos caer hasta las antípodas, en un camino de ida y vuelta (ejecutando un movimiento armónico simple, como ya se ha explicado más arriba). En este caso, el período de oscilación, es decir, el tiempo empleado por el agujero negro en su camino de ida y vuelta sería de algo menos de 3 horas, para el caso de que la densidad solar fuese constante. En un caso más realista, se reduciría hasta unas 2 horas.

El proceso de mezcla comienza en cuanto el agujero negro supera la velocidad del sonido local del gas. En este momento se genera una onda de choque que lleva a cabo el proceso de mezcla. Cálculos detallados indican que la velocidad máxima del agujero negro cuando alcanzase el centro del Sol sería un factor 3 superior a la velocidad del sonido allí. De hecho, la velocidad del agujero negro es superior a la velocidad del sonido prácticamente a lo largo de todo el periplo por el interior del Sol, siendo inferior únicamente en el primer 5 % por debajo de la superficie (esto es, los primeros 35.000 km).

En definitiva, sea cual sea el futuro del sistema solar y admitiendo que hemos sido capaces de sobrevivir a otro tipo de potenciales eventos catastróficos como los aludidos en el primer párrafo, estoy seguro que nosotros, los seres humanos, tendremos algún día, a buen seguro, los conocimientos y la capacidad tecnológica para afrontar el desafío que supone labrarnos nuestro propio destino, incluso hasta el punto de modificar el comportamiento de la estrella que nos proporciona la vida. Por audaces que parezcan estas palabras y lo osadas que resulten, asimismo, las ideas propuestas a lo largo de este artículo, lo cierto es que nada de lo expuesto viola en absoluto las leyes de la física conocida, por mucho que suenen a ciencia ficción. Después de todo, quizá sea cierta aquella frase que afirma que la ciencia ficción de hoy es la ciencia de mañana…

Referencias y más información:

Rejuvenating the Sun and Avoiding Other Global Catastrophes”, Martin Beech, Springer, 2008.


9 Comentarios

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Paul BarbadewPaul Barbadew

Un artículo interesantísimo, digno de una novela de Ciencia Ficción con una raza capaz de hacer eso :)
Hay algo que no entiendo. Escribes
“Sin embargo, hay que tener en cuenta que a medida que el Sol vaya expulsando masa, su poder de atracción gravitatoria se verá reducido y, en consecuencia, la Tierra se irá alejando de él. (…) Aunque con este modelo la Tierra se aleja, no ocurre en la misma medida con Júpiter, que en promedio se acercará a nosotros”

No comprendo por qué si la atracción gravitatoria disminuye Júpiter se acerca.

EloyEloy

Supongo que se refiere que la Tierra se acerca a Júpiter que a fin de cuentas es lo mismo. Al perder masa el Sol, Júpiter va ganando mayor importancia gravitacionalmente hablando.

Un saludo

Paul BarbadewPaul Barbadew

Toda la razón…, leer artículos de mañana afecta a mi capacidad de entendimiento :)
Gracias por la aclaración

Sergio L. Palacios

Ups!! Pido perdón humildemente. Tienes toda la razón, al disminuir la masa del Sol todos los planetas se alejarán de él, obviamente. He revisado mis notas y esa frase está sacada totalmente del contexto en que aparecía en mi cuaderno. No sé por qué se me ha colado en el texto y la he mezclado con un tema con el que no estaba relacionada, en principio. Es evidente que la ley de la gravitación de Newton asegura el incremento del radio orbital a medida que la masa del Sol disminuye.

De todas formas, he estado investigando un poco más en el tema, espoleado por tu pregunta y el caso es que debido a la interacción complicada entre todos los cuerpos del sistema solar, no queda tan claro que Júpiter y la Tierra tengan que alejarse entre sí, necesariamente. Date cuenta que la dinámica de un sistema de N cuerpos no es trivial en absoluto. Echa un vistazo a este enlace, por ejemplo: https://cddis.nasa.gov/lw20/docs/201...ntation.pdf

No obstante, vuelvo a pedir excusas, pues la frase aludida no viene a cuento en el post y ha sido un error mío.

Un saludo

AntonioAntonio

Un artículo muy interesante. Ahora, entrando en detalles:

No creo que un aumento de la radiación UV de sólo 30-60 veces sea ningún problema para una civilización tecnológica de cuatro mil millones de años de antigüedad ni para una biosfera que ha tenido todo ese tiempo para adaptarse al cambio.

Al argumento de la esfera de Dyson no le veo ningún sentido. Ésta acabaría calentándose y emitiendo la misma cantidad de energía que emite el Sol ahora o derritiéndose.

pepsopepso

Siempre he pensado que el relato de la ciencia nos proporciona cosas más excitantes y asombrosas que la porquería de anticiencia que nos proporciona la mayoría de las veces el cine. Con lo barato que sería para ellos contratar guionistas como Sergio.
También, como bien dices, que podemos “afrontar el desafío que supone labrarnos nuestro propio destino, incluso hasta el punto de modificar el comportamiento de la estrella que nos proporciona la vida.” El problema complicado de veras está en modificar las retorcidas mentes que a golpe de botón pueden destruir la vida en el planeta, en un plis plas. También las de los que piensan que no tienen mentes tan retorcidas y les apoyan en todas las barbaridades que hacen.

yaviyavi

Si el ozono se produce precisamente por la ionización del oxígeno, quizá a más radiación UV, más ozono habrìa y más radiacíon absorbería. Pero claro, también aumentaría la radiación total absorbida por la Tierra. Por otro lado, se podría “teñir” la atmósfera con un compesto fluorescente que reemitiera en otra longitud de onda los UV. O colocar velas solares en órbitas con varias inclinaciones para hacer de parasol. ¡Solo como complemento a la loca idea tunear el Sol! Artículo muy interesante. Muchas gracias.

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