jueves, 2 de noviembre de 2017

Creando materia.

En la entrada anterior estuve hablando de la fusión de dos estrellas de neutrones y de las diversas consecuencias que tenían y resulta que me dejé casi lo más importante. En mi descargo he de decir que que no soy astrofísico ni físico ni nada parecido, así que si dijo alguna burrada ya pido disculpas por adelantado.

El origen de los elementos.

Hace mucho, mucho tiempo, unos 14.000 millones de años, año arriba, año abajo (quien dice año lo mismo puede decir cientos de millones de años arriba o abajo) algo llamado Big Bang, con una temperatura de cientos de millones de grados (como decía el del chiste, no recuerdo si Celsius o Kelvin) empezó a expandirse y a enfriarse. Al principio sólo había partículas elementales, la fuerza débil y la electromagnética estaban unidas y el Universo era opaco, una sopa de quarks, gluones que no dejaba pasar a los fotones. Al enfriarse se empezaron a formar partículas de las que ya hemos oído hablar: protones, neutrones y electrones. Estos se empezaron a combinar y a permitir pasar a los fotones. Estas partículas no se combinaban de cualquier manera sino que se juntaban principalmente protones y electrones. De vez en cuando montaban un menage a trois con los neutrones y algunos degenerados se llevaban al catre a los neutrones de dos en dos. Al final el Universo estaba lleno de Hidrógeno y sus isótopos. También ser formaba otro elemento más pesado, el triple al menos (dos protones y uno o dos neutrones contra un solo protón) que formaba el 25% de toda la masa. Con toda esa materia suelta y el Universo en plena expansión y enfriándose una fuerza empezó a tomar el control: la gravedad (aquí hay para soltar un rollo guapo de la materia bariónica y la materia oscura, pero eso será para otro día, cuando me entere bien de ello)

En concreto, estoy hablando de la parte izquierda de
esta imagen. Fuente: wikipedia

Ahora tenemos un Universo dominado por la gravedad, llenito de hidrógeno y mucho más pequeño ¿qué es lo que pasa? Pues que la materia se empieza a concentrar, a juntarse aumentando el efecto de la gravedad. Se alcanza un equilibrio hidrostático - ¿lo cualo? Que tiene forma de bola - y se empieza a juntar la masa ¿y qué es una bola de hidrógeno con una gran masa y bajo los efectos de la gravedad? Pues en efecto, es una estrella ... y qué hace una estrella ... Pues principalmente, fusionar hidrógeno para generar más helio, el segundo elemento más ligero. Este elemento se suele ir al centro de la estrella (es más pesado) y se va generando un núcleo de helio y una capa por encima de hidrógeno fusionándose. De momento, no tenemos metales (en astronomía metal es cualquier cosa más pesada que el helio) Llega un tiempo (depende de la masa de la estrella, pero puede ir desde pocos millones de años a unos 10.000 como en el Sol) en que el hidrógeno se agota (cuanta más masa tiene la estrella más hidrógeno quema) con lo que la estrella se "enfría" y se comprime por efecto de su propia gravedad, esto genera más presión y temperatura y empieza a quemar helio y volvemos a empezar.

La diferencia es que el helio se quema más rápido que el hidrógeno y aunque la estrella se vuelve a "calentar" también se queda antes sin combustible. Anteriormente fusionábamos dos núcleos de hidrógeno para generar helio y ahora vamos a juntar tres de helio para formar .... carbono, oxígeno y Magnesio. La estrella (si tiene la suficiente masa) empieza a quemar carbono (en el sentido nuclear, no en el químico) se quema todavía más rápido y forma neón, sodio y otra vez oxígeno junto con neón. El neón en lugar de quemarse se desintegra mediante la acción de los fotones en oxígeno y magnesio.
Esto sí que es una fusión y no lo de Pitingo. Fuente: wikipedia

El asunto es que la estrella va sufriendo sucesivas etapas de enfriamiento-compresión-calentamiento lo que llega a generar hierro y cuando el hierro se quema tiene un problema ... que necesita tanta energía para quemarse como la que desprende (hasta ahora las energía liberada siempre era mayor que la necesaria para producir la combustión nuclear) y aquí la estrella se dedica a quemar material, pero sin producir nada nuevo.

Los seres vivos de La Tierra están compuestos principalmente por cuatro elementos: hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. El hidrógeno viene del big bang, el resto de nuestros componentes se han formado dentro de las estrellas.

Nebulosa planetaria. Fuente: Wikipedia
¡un momento! Si se forma hasta el hierro ¿de dónde salen el resto de los elementos más pesados? Buena pregunta. Pues una vez nos hemos puesto a quemar hierro resulta que el aporte energético es negativo en lugar de positivo, con lo que la estrella ya no es capaz de sostenerse a sí misma. Tenemos un montón de materia sin ninguna presión que la haga sostenerse y un punto central que "atrae" a toda la masa ¿qué pasa ahora? Pues que la estrella colapsa y en ese proceso que es muy rápido tenemos materia diversas, energía por un tubo neutrones sueltos ... y formamos nuevos elementos, más pesados que el hierro. Toda esta fusión de elemento produce una cantidad ingente de neutrinos que por lo general son "transparentes a la materia" (no es del todo cierto, interaccionan con el núcleo atómico, pero como casi todo el átomo está vacío, pues como si lo fueran) pero como se generan en tal cantidad se produce una onda de choque de hacer saltar por el espacio las capas exteriores. El núcleo puede colapsar a un agujero negro, una estrella de neutrones, una enana blanca, ... pero mientras, ha puesto todos los alrededores perdidos de cochinadas varias. A esto se le conoce como supernova.



Estas cositas se mezclan luego con las nubes de hidrógeno y producen las estrellas de segunda generación, con un grado de metalicidad (recordemos, elementos más pesados que el helio) mucho mayor. Con las caquitas que no quiere nadie se forman cosas como planetas, asteroides, cometas, etc ... Para que te hagas una idea, de toda la masa del Sistema Solar (Nube de Oort incluida) El Sol es más del 99%. Del resto, dos tercios aproximadamente es Júpiter.

Pues esto justificaba parte de los elementos pesados ... pero no todos ni los más pesados. Al parecer no había suficiente energía ni suficientes neutrones para formar los elementos más pesados como el oro ¿y donde hay neutrones para aburrir? Pues en las estrellas de neutrones. Para que te hagas una idea, se calcula que si el átomo tuviera el tamaño de una catedral de buen tamaño (la de Burgos no vale, es muy bonita pero no muy grande), el núcleo tendría el tamaño de una pelota de tenis. Pues ahora, coge la pelota de tenis y ábrela y suponte que está llena de canicas muy pesadas y llena la catedral de esas canicas ... ¿a que pesa? Pues piensa que eso es el tamaño de un átomo, ahora ese átomo, extiéndelo a 20 kms ... pero a escala 1:1 (vamos, reduce la catedral a tamaño atómico, pero con la misma masa) y eso es una estrella de neutrones. Ahora haz chocar dos (parece jodido, pero debe haber por ahí estrellas de esas por un tubo si en la vida de LIGOS ya hemos detectado una colisión) y tienes materia, energía, neutrones a tutiplen (y no está de mas recordar que en cuatro de hora la mitad de los neutrones se convierten en protones, electrones y antineutrinos) al colisionar dos de estas estrellas se genera materia pesada que es dispersa por el Universo (se calcula que esta fusión de estrellas de neutrones ha creado oro en una masa equivalente a varias veces la masa de La Tierra)

Toda esa porquería cósmica se acaba dispersando y formando estrellas, planetas, asteroides y depositándose sobre cuerpos ya creados (en la formación de La Tierra los elementos pesados se van al centro de la misma, los elementos pesados que encontramos en la corteza han tenido que llegar luego)

Y esto es la parte importante que se me había olvidado en la entrada anterior. Los elementos pesados que se generan el la fusión de dos estrellas de neutrones.

- ¿Acaso insinúas que todos mis elementos vienen de las estrellas?
- En efecto.
- Anonadado me quedo.



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