EL DIAGRAMA HR

Diagrama de Hertzsprung-Russell

El diagrama de Hertzsprung-Russell ( diagrama HR ) es una de las herramientas más importantes en el estudio de la evolución estelar . Desarrollado independientemente a principios del siglo XX por Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russell, traza la temperatura de las estrellas contra su luminosidad (el diagrama HR teórico), o el color de las estrellas (o tipo espectral ) contra su magnitud absoluta (el diagrama HR observacional, también conocido como diagrama color-magnitud).
Dependiendo de su masa inicial , cada estrella pasa por etapas evolutivas específicas dictadas por su estructura interna y cómo produce energía. Cada una de estas etapas corresponde a un cambio en la temperatura y luminosidad de la estrella, que se puede ver moviéndose a diferentes regiones en el diagrama HR a medida que evoluciona. Esto revela el verdadero poder del diagrama HR: los astrónomos pueden conocer la estructura interna y la etapa evolutiva de una estrella simplemente determinando su posición en el diagrama.

Para entrar en detalle del Diagrama HR. Comencemos hablando de qué son la magnitud absoluta y el tipo espectral. La magnitud absoluta es una medida que nos da cuenta del brillo de una estrella eliminando los efectos de la distancia y el medio interestelar. Si vemos una estrella que brilla mucho, tendemos a pensar que está cerca y si brilla poco, que está lejos. Bueno, esto no tiene por qué ser así, podemos tener una estrella cercana que brille menos que otra lejana por varios motivos: que la cercana sea más pequeña y menos caliente que la lejana; o que entre la cercana y nosotros haya más polvo y gas que le reste brillo… La magnitud absoluta elimina todos estos efectos y nos da una medida del brillo intrínseco de la estrella, lo que nos permite compararlas unas con otras. Para ello tomamos a las estrellas, 'las colocamos' todas a 32.616 años luz (10pc) de nosotros y eliminamos el efecto del polvo y el gas, y así podemos comparar el brillo de unas con otras.

Por otra parte, el tipo espectral es una forma de clasificar estrellas relacionando las líneas espectrales que pueden encontrarse analizando la luz que emiten y la temperatura a la que están en su superficie. En la luz que emiten las estrellas puede observarse que no emiten por igual en todas las longitudes de onda, sino que hay una predominante. En el Sol por ejemplo es la de 550nm. Sabiendo ésto, puede saberse la temperatura que tiene la estrella en la superficie. Por tanto, los tipos espectrales nos clasifican a las estrellas según su color, que tiene relación con la temperatura en superficie. Cuanto más roja la estrella, más fría; y cuanto más azul, más caliente.

La magnitud absoluta nos permite comparar las estrellas en brillo y el tipo espectral o color, compararlas en temperatura

Estas son las dos magnitudes que aparecen en el Diagrama HR, el color en el eje horizontal y la magnitud absoluta en el vertical pero en sentido descendente, es decir, cuanto más alta en el diagrama está una estrella, más brillante es, dado que cuanto menor es su magnitud absoluta, más luminosidad.

Al tomar una gran cantidad de estrellas y colocarlas en nuestro diagrama ocurre una cosa muy curiosa: casi todas las estrellas se agolpan en una diagonal que va desde arriba-izquierda a abajo-derecha. Esta zona es lo que llamamos Secuencia Principal y es donde se sitúan las estrellas, según su temperatura y brillo, en el tiempo en el que se encuentran en su vida, propiamente dicha. Es decir, desde que la estrella se estabiliza y comienzan las reacciones termonucleares en su núcleo (nacimiento), hasta que se le acaba el hidrógeno en el núcleo (muerte).

Toda la gama de estrellas vivas puede verse reflejada en esta diagonal. Desde las pequeñas, rojas y frías en el extremo inferior hasta las grandes, azules y calientes en el superior. También es curioso que el Universo tiene cierta tendencia a fabricar más cantidad de estrellas pequeñas.

Todas las estrellas vivas pueden encontrarse en una diagonal en el Diagrama HR, llamada Secuencia Principal

Sin embargo, sabemos que cuando las estrellas comienzan a morir pasan por diferentes fases en función de su masa, lo que las empuja fuera de la diagonal de la Secuencia Principal. Si encontramos una estrella muy roja pero muy brillante en el diagrama, sabremos que es una estrella moribunda en fase de gigante roja. Si esta estrella expulsa sus capas más externas y frías dejando ver las más internas y calientes, seguiremos encontrándola en el diagrama en la zona de estrellas muy brillantes pero ahora será más azul. Es decir, está en la fase de gigante azul. Así con las supergigantes, que tendrán mayor magnitud absoluta, y por tanto se encontrarán más altas. Si por el contrario encontramos una estrella que brilla muy poco pero tiene mucha temperatura, la encontraremos abajo a la izquierda en el diagrama y sabremos que es una enana blanca.

Sabiendo la masa de una estrella, se hace un modelo que nos indica cual será su trayectoria en el diagrama HR conforme la estrella vaya pasando de una fase de su vida a otra. Ubicando después la estrella sobre el diagrama junto con el modelo podemos saber en qué punto de su ciclo vital se encuentra. 

Observando donde se encuentra una estrella en el Diagrama HR se puede saber en qué momento de su ciclo vital se encuentra

• Cuando se están formando, las protoestrellas se encuentran en lo que llamamos Pre-secuencia principal. Viene a ser el lugar que les correspondería en la Secuencia Principal debido a su masa pero un poco más luminosas, quedando un poco por encima de la diagonal de la Secuencia Principal.
• Una vez fusiona en el núcleo y se estabiliza, cae hacia la Secuencia Principal. En este caso, por su masa, el Sol sólo es capaz de alcanzar una determinada temperatura que le sitúa en el rango de las estrellas tipo G o amarillas. Aquí pasará el resto de su vida propiamente dicha.
• Cuando se le acabe el hidrógeno en el núcleo, el Sol comenzará a morir. La estrella se hincha, por lo que es más luminosa y se desplaza hacia arriba en el diagrama. Pero también se enfría en su superficie, por lo que se desplaza a la derecha del diagrama. Es la fase de subgigante.
• En un momento dado, se llega a un punto crítico en el que el Sol se expandirá brutalmente, siendo aún más luminoso y por tanto subiendo en el diagrama. También sus capas externas estarán más frías al alejarse del núcleo donde tienen lugar las reacciones, por lo que viajará a la derecha en el diagrama. Estamos en la fase de gigante roja, con la estrella quemando hidrógeno alrededor de su núcleo de helio.
• Cuando comienza a quemarse el helio en el núcleo, la estrella entra en lo que se llama la Rama Horizontal: se encoje y por tanto se calienta, manteniendo su luminosidad. Viaja horizontalmente hacia la izquierda en el diagrama.
• Cuando se agote el helio en el núcleo, el Sol se volverá a hinchar a su máximo tamaño, volviendo en el diagrama a la fase de gigante roja, pero más pronunciado que la primera vez. Aquí irá enfriándose y soltando las capas más externas para formar la nebulosa.
• El núcleo pasará a ser una enana blanca, un remanente de estrella muy pequeña, poco luminosa pero a una alta temperatura, por lo que se sitúa en la esquina inferior izquierda del diagrama.

Finalmente podemos decir que la distribución de las estrellas queda de la siguiente forma

Arriba del diagrama están las gigantes y las supergigantes

Abajo están las estrellas muertas. Enanas blancas, Enanas marrones y pulsares 

A la Izquierda las azules, en el Medio las estrellas Blancas y amarillas como el sol y la derecha las estrellas rojas