¿De dónde vienen los elementos que foman nuestros cuerpos y nuestro planeta?

jueves, 15 de abril de 2010

¿De dónde viene la materia? ¿Dónde se forman los elementos que componen nuestros cuerpos, nuestro planeta y todo lo que conocemos?

Como expliqué en un post anterior (aquí) en el big bang se crearon los elementos más sencillos, el hidrógeno y el helio. En este post quiero explicar, más en detalle, como a partir de estos dos elementos se formaron todos los otros elementos que conocemos en la tabla periódica. Se ha observado que el hidrógeno y helio existentes en el universo forman nubes las cuales, con el paso del tiempo, y algunos eventos cósmicos, se concentran en una esfera gaseosa. (Algo similar al planeta Júpiter pero de mayor tamaño.) Para convertirse en estrella, esta esfera gaseosa tiene que seguir creciendo hasta alcanzar un tamaño de por lo menos unas 80 veces la masa de Júpiter. A medida que esta proto estrella va creciendo, la temperatura interior va aumentando hasta que en su centro llega a los 10 millones de grados Kelvin. Con esta temperatura comienza en su núcleo la fusión que enciende la estrella y que crea nuevos elementos.

La creación de los elementos es un que proceso consume lentamente una cierta cantidad de masa de la estrella y la transforma en energía. En la siguiente figura se muestra la fusión de hidrógeno en helio que ocurre durante gran parte de la vida de la estrella. En este caso, al existir temperaturas sobre los 10 millones de grados Kelvin los átomos de hidrógeno pueden superar las fuerzas de repulsión que existe entre ellos y fusionarse. En este proceso dos protones se fusionan para formar un deuterium, el cual se fusiona con otro protón formando Helio (3) el cual choca con otra partícula de Helio(3) para formar el Helio. En nuestro sol, esta cadena de reacciones consume 5 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo transformando esto en energía (photones). Todo esto sucede en el centro de las estrellas, por lo que en el caso de nuestro sol, un photon demora miles (o incluso millones) de años en salir del sol, y luego demora 8 minutos en llegar hasta la tierra.Una vez que todo el hidrógeno del núcleo de la estrella es transformado en Helio, la temperatura aumenta a unos 100 millones de grados lo que permite la fusión de Helio en Carbón, pasando por el Berilio.
Si la temperatura sigue aumentado nuevos elementos pueden fusionarse según las siguientes ecuaciones:
En este proceso la presión de radiación se incrementa por lo que la estrella crece de tamaño pasando a ser una gigante roja. (Se estima que nuestro sol podría crecer hasta el tamaño de la órbita de la tierra en este proceso.)
En nuestro sol el proceso terminaría ahí, ya que no tendría suficiente fuerza gravitacional para lograr las temperaturas requeridas para fusionar el carbón. Pero en estrellas más masivas la temperatura seguiría aumentando hasta unos 600 millones de grados con lo cual proceso continúa según las siguientes ecuaciones:
Así en el núcleo de las estrellas masivas se van creando elementos hasta llegar al hierro (Ecuaciones aquí).

Una vez que la parte interna del núcleo de la estrella contiene solo átomos de hierro la temperatura llega a ser de casi un billón de grados lo que provoca que los átomos de Hierro en la parte central del núcleo se desintegren liberando protones y neutrones. Pero como las partículas de hierro son muy estables requieren energía para fusionarse (a diferencias de las fusiones anteriores que liberaban energía) por lo que la estrella muera. Esto provoca que el núcleo de la estrella colapse y explote en lo que se llama una supernova.

Una explosión de este tipo libera una cantidad increíble de energía, esta explosión llega a ser tan luminosa como mil millones de estrellas. Durante esta explosión, se logra mezclar los elementos creados con los protones y neutrones liberados desde el fierro y en unos breves instantes, utilizando la energía disponible de la explosión, se crean el resto de los elementos de la tabla periódica. Algunos de los elementos conocidos que se crean en esta explosión son el oro, el plomo, el zinc y el cobre.
La explosión de las supernovas permite además que todos estos nuevos elementos creados sean liberados al espacio en una nebulosa que probablemente formará una nuevas estrellas y probablemente sus planetas. Es así como todos los elementos que forman la materia de nuestros cuerpos y nuestra tierra llegaron a crearse a partir del elemento más simple, el hidrógeno.

Los dejo con un interesante video al respecto:


Fuentes:
http://outreach.atnf.csiro.au/education/senior/cosmicengine/stars_types.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Triple-alpha_process
http://en.wikipedia.org/wiki/Proton-proton_chain
http://aether.lbl.gov/www/tour/elements/stellar/stellar_a.html
http://www.astrophysicsspectator.com/topics/stars/Fusion.html
http://www.universetoday.com/guide-to-space/the-sun/the-suns-death/

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