Impact (V): Enanas marrones

Hoy retomaremos (puede que por última vez) la ya famosa serie de televisión Impact, y aunque ya lo trató Sheldon en el blog Átomos y Bits, no puedo resistirme a hablar de enanas marrones. Si recordáis el argumento de la serie, un fragmento de enana marrón de unos 19 km de diámetro, el doble de masa de la Tierra, y fuertemente magnetizado, se estrella contra la Luna.

En la serie, uno de los protagonistas explica que una enana marrón es un remanente estelar, el resto de una estrella muerta, y que se trata de materia muy comprimida. Bueno, esa definición sería correcta si estuvieran hablando de una enana blanca. Imagino que a estas alturas no es necesario explicar qué es una enana blanca, ya que he hablado de ellas muchas veces ([1], [2], [3], [4], [5] y [6]), así que pasaremos a ver qué es una enana marrón.

Una enana marrón es un objeto a mitad de camino entre un planeta gaseoso y una estrella. Como alguna vez he explicado, las estrellas se forman a partir de nubes de gas. La gravedad va juntando el gas en un «grumo», y se va apelotonando. El gas se comprime por su propia masa, hasta que se calienta tanto que se inician reacciones nucleares que fusionan el hidrógeno en helio. La energía liberada expande la estrella, y se establece un equilibrio entre la fuerza de gravedad que tiene a comprimir la estrella, y la fuerza de expansión producida por las reacciones nucleares. Como veis, la «ignición» de la estrella se produce por el calor, que es producido a su vez por la compresión de la misma, que es consecuencia de su gravedad, cuya causa es la masa. Es decir, si no hay suficiente masa, no se inica la reacción nuclear.

Antes de seguir, es necesario explicar un detalle sobre el hidrógeno. En el colegio nos enseñaron que el hidrógeno tiene tres isótopos estables: el hidrógeno-1 o hidrógeno propiamente dicho (llamado formalmente protio), cuyo núcleo tiene un único protón; el hidrógeno-2 o deuterio, cuyo núcleo está formado por un protón y un neutrón; y el hidrógeno-3 o tritio, cuyo núcleo tiene un protón y dos neutrones. El hidrógeno-1, es con diferencia el isótopo más abundante en la naturaleza, siendo más del 99% del hidrógeno existente.

Lo interesante es que el deuterio y el tritio también pueden fusionarse, y la temperatura para iniciar una reacción nuclear de fusión con deuterio, es menor que la del hidrógeno. Antes he mencionado que si la «posible estrella» no tiene suficiente masa, no se inicia la fusión nuclear. Pero puede ocurrir que tenga suficiente masa para iniciar la fusión del deuterio, pero no la necesaria para iniciar la del hidrógeno-1. Como el deuterio es escaso, la «casi estrella» lo agota rápidamente, y nos queda una gran bola de hidrógeno caliente, que se va enfriando con el tiempo. Pues bien, eso es una enana marrón.

Como veis, una enana marrón es justo lo contrario de lo que se dice en la serie. No es el resto de una estrella muerta, al final de su ciclo de vida, sino una estrella que nunca llegó a nacer.

La masa de una enana marrón, como hemos visto, es mayor que la de un planeta, pero menor que la de una estrella. Concretamente, oscila entre unas 13 y 90 masas jovianas (una masa joviana corresponde a la masa del planeta Júpiter). Sin embargo, el tamaño de estos cuerpos no varía demasiado (siendo algo mayores que Júpiter). Esto implica que la densidad de una enana marrón puede variar muchísimo. Puede tener una densidad comparable a la de un planeta, o alcanzar las enormes densidades de una enana blanca. ¡Oh, vaya! Entonces ¿han acertado en algo? Pues no realmente. Teniendo en cuenta los datos que nos proporcionan (19 km de diámetro y el doble de la masa terrestre), a mí me sale una densidad de aproximadamente 3·10¹² g/cm³, un valor que excede al esperado en una enana blanca (de entre 10⁵ y 10⁸ g/cm³), adentrándose en el terreno de las aún más densas estrellas de neutrones.

Hablando de densidad, supongo que os habréis dado cuenta que la inmensa densidad de estos cuerpos es debido a su masa. Es tan grande que el objeto se comprime por su propia gravedad. ¿Que ocurriría si se desprendiera un pequeño fragmento (por el motivo que sea)? Pues que el fragmento, al tener menos masa, no estaría tan comprimido. Se expandiría, hasta alcanzar el equilibrio correspondiente a su masa. Y teniendo en cuenta que una enana marrón está formada sobre todo por hidrógeno (puesto que no lo ha fusionado), un fragmento con el doble de masa que la Tierra, sería una bola de gas bastante grande (mayor que la Tierra). Y he dicho «bola» porque a partir de cierta masa, los objetos tienden a adoptar forma esférica. Los asteroides son irregulares porque su masa es relativamente pequeña, pero cuando es suficientemente elevada (como en el caso de Ceres, aunque ya no es el asteroide más grande, sino el planeta enano más pequeño), su forma se hace mas esférica. Imaginad un objeto con el doble de masa de la Tierra. Desde luego, no tendría la forma irregular característica de un asteroide, que nos muestran en la serie.

Para rematar, si un fragmento con «sólo» el doble de masa de la Tierra no puede tener tanta densidad, imaginaos el meteorito del tamaño de un puño, que descubre en la Tierra uno de los personajes. Un trozo que además tiene apariencia de roca, cuando como hemos visto, una enana marrón es sobre todo hidrógeno.