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¡Los Elementos!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Alquimia estelar    ~    Comentarios Comments (6)

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Ya he escrito en otras ocasiones sobre el gran astrofísico Fred Hoyle , que tenía un dominio de la física nuclear no superado entre los astrónomos, hombre de espíritu independiente, que por pura energía intelectual se había abierto camino desde los grises valles textiles del norte de Inglaterra hasta llegar a ser un distinguido profesor de Cambridgue. Hoyle era individualista hasta el punto de la iconoclasia, y tam combativo como si hubiese ganado luchando su título de sir. Sus clases eran carismáticas, con acento de clase obrera que parecía ahondar sus credenciales eruditas acumuladas, y era igualmente eficaz con la palabra escrita; publicaba penetrante artículos especializados, fascinantes obras de divulgación ciantífica y animadas narraciones de ciencia-ficción en la que encontraba una puerta de escape para exponer ideas avanzadas que, científicamente, no estaban contrastadas.

Fred Hoyle

SIR FRED HOYLE

Su burla era temible y sus críticas de la teoría del big bang hizo época por su mordacidad. Hoyle condenó la teoría por considerarla epistemológicamente estéril, ya que parecía poner una limitación temporal inviolable a la indagación científica: el big bang era una muralla de fuego, más allá de la cual la ciencia de la çepoca no sabía como investigar. Él no concebía y juzgó “sumamente objetable que las leyes de la física nos condujeran a una situación en la que se nos prohíbe calcular que ocurrió en cierto momento del tiermpo”. En aquel momento, no estaba falto de razón.

Pero no es ese el motivo de este trabajo, ya os decía antes que Hoyle tenía un dominio de la física nuclear nunca superado entre los astrónomos de su generación, había empezado a trabajar en la cuestión de las reacciones de la fusión estelar a mediado de los cuarenta. Pero había publicado poco, debido a una batalla continua con los “arbitros”, colegas anónimos que leían los artículos y los examinaban para establecer su exactitud, cuya hostilidad a las ideas más innovadoras de Hoyle hizo hizo que éste dejara de presentar sus trabajos a los periódicos. Hoyle tuvo que pagar un precio por su rebeldía, cuando, en 1951, mientras él, permanecía obstinadamente entre bastidores, Ernest Opik y Edwin Sepeter hallaron la síntesis en las estrellas de átomos desde el Berilio hasta el Carbono. Lamentando la oportunidad perdida, Hoyle rompió entonces su silencio y en un artículo de 1954 demostró como las estrellas gigantes rojas podían corvertir Carbono en Oxígeno 16.

El tamaño variable de S Orionis comparado con el Sistema Solar interior. La gigante roja pulsa desde el disco amarillo hasta el disco rojo interior. En 5 mil millones de años el Sol evolucionará a esta etapa antes de enfriarse como enana blanca. Las distancias están a escala, aunque los diámetros del Sol, planetas y puntos máser (en rojo y verde) no lo están. Crédito: ESO

Quedaba aún el obstáculo insuperable del hierro. El hierro es el más estable de todos los elementos; fusionar núcleos de hierro para formar nucleos de un elemento más pesado consume energía en vez de liberarla; ¿cómo,  pues, podían las estrellas efectuar la fusión del hierro y seguir brillando? Hoyle pensó que las supernovas podían realizar la tarea, que el extraordinario calor de una estrella en explosión podía servir para forjar los elementos más pesados que el hierro, si el de una estrella ordinaria no podía. Pero no lo pido probar.

Luego, en 1956, el tema de la producción estelar de elementos recibió nuevo ímpetu cuando el astrónomo norteamerciano Paul Merril identificó las reveladoras líneas del Tecnecio 99 en los espectros de las estrellas S. El Tecnecio 99 es más pesado que el hierro. También es un elemento inestable, con una vida media de sólo 200.000 años. Si los átomos de Tecnecio que Merril detectó se hubiesen originado hace miles de millones de años en el big bang, se habrían desintegrado desde entonces y quedarían hoy muy pocos de ellos en las estrellas S o en otras cualesquiera. Sin emabrgo, allí estaban. Evidentemente, las estrellas sabían como construir elementos más allá del hierro, aunque los astrofísicos no lo supiesen.

Las estrellas de tecnecio son estrellas cuyo espectro revela la presencia del elemento tecnecio. Las primeras estrellas de este tipo fueron descubiertas en 1952, proporcionando la primera prueba directa de la nucleosíntesis estelar, es decir, la fabricación de elementos más pesados a partir de otros más ligeros en el interior de las estrellas. Como los isótopos más estables de tecnecio tienen una vida media de sólo un millón de años, la única explicación para la presencia de este elemento en el interior de las estrellas es que haya sido creado en un pasado relativamente reciente. Se ha observado tecnecio en algunas estrellas M, estrellas MS, estrellas MC, estrellas S, y estrellas C.

Estimulado por el descubrimiento de Merril, Hoyle reanudó sus investigaciones sobre la nucleosíntesis estelar. Era una tarea que se tomó muy en serio. De niño, mientras se ocultaba en lo alto de una muralla de piedra jugando al escondite, miró hacia lo alto, a las estrellas, y resolvió descubrior qué eran, y el astrofísico adulto nunca olvidó su compromiso juvenil. Cuando visitó el California Institute Of Technology, Hoyle estuvo en compañía de Willy Fowler, un miembro residetente de la facultad con un conocimiento enciclopédico de la física nuclear, y Geoffrey y Margaret Burbidge, un talentoso equipo de marido y mujer que, como Hoyle, eran excépticos ingleses en la relativo al big bang.

Hubo un cambio cuando Geoffrey Burbidge, examinando datos a los que recientemente se había eximido de las normas de seguridad de una prueba atómica en el atolón Bikini, observó que la vida media de uno de los elementos radiactivos producidos por la explosión, el californio 254, era de 55 días. Esto sonó familiar: 55 días era justamente el período que tardó en consumirse una supernova que estaba estudiando Walter Baade. El californio es uno de los elementos más pesados; si fuese creado en el intenso calor de estrellas en explosión, entonces, suguramente los elementos situados entr el hierro y el californio -que comprenden, a fin de cuentas, la mayoría de la Tabla Periódica- también podrían formarse allí. Pero ¿cómo?.

 

Las estrellas que son unas ocho veces más masivas que el Sol representan sólo una fracción muy pequeña de las estrellas en una galaxia espiral típica. A pesar de su escasez, estas estrellas juegan un papel importante en la creación de átomos complejos y su dispersión en el espacio.

Elementos necesarios como carbono, oxígeno, nitrógeno, y otros útiles, como el hierro y el aluminio. Elementos como este último, que se cocinan en estas estrellas masivas en la profundidad de sus núcleos estelares, puede ser gradualmente dragado hasta la superficie estelar y hacia el exterior a través de los vientos estelares que soplan impulsando los fotones. O este material enriquecido puede ser tirado hacia afuera cuando la estrella agota su combustible termonuclear y explota. Este proceso de dispersión, vital para la existencia del Universo material y la vida misma, puede ser efectivamente estudiado mediante la medición de las peculiares emisiones radiactivas que produce este material. Las líneas de emisión de rayos gamma del aluminio, que son especialmente de larga duración, son particularmente apreciadas por los astrónomos como un indicador de todo este proceso. El gráfico anterior muestra el cambio predicho en la cantidad de un isótopo particular de aluminio, Al26, para una región de la Vía Láctea, que es particularmente rica en estrellas masivas. La franja amarilla es la abundancia de Al26 para esta región según lo determinado por el laboratorio de rayos gamma INTEGRAL. La coincidencia entre la abundancia observada y la predicha por el modelo re-asegura a los astrónomos de nuestra comprensión de los delicados lazos entre la evolución estelar y la evolución química galáctica.

Pero sigamos con la historia recorrida por Hoy y sus amigos. Felizmente, la naturaleza proporcionó una piedra Rosetta con la cual Hoyle y sus colaboradores podían someter a prueba sus ideas, en la forma de curva cósmica de la abundancia. Ésta era un gráfico del peso de los diversos átomos -unas ciento veinte especies de núcleos, cuando se tomaban en cuanta los isótopos- en función de su abundancia relativa en el universo, establecido por el estudio de las rocas de la Tierra, meteoritos que han caido en la Tierra desde el espacio exterior y los espectros del Sol y las estrellas.

 

 

 

Supernova que calcina a un planeta cercano. Ahí, en esa explosión se producen transiciones de fase que producen materiales pesados y complejos.n En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es: H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe.

¿Apreciáis la maravilla?

Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del universo y… de la vida inteligente. Esos materiales para la vida sólo se pudieron fabricar el las estrellas, en sus hornos nucleares y en las explosiones supernovas al final de sus vidas. Esa era la meta de Hoyle, llegar a comprender el proceso y, a poder demostrarlo.

“El problema de la síntesis de elementos -escribieron- está estrechamente ligado al problema de la evolcuión estelar.” La curva de abundancia cósmica de elementos que mostraba las cantidades relativas de las diversas clases de átomos en el universo a gran escala. Pone ciertos límites a la teoría de cómo se formaron los elementos, y, en ella aparecen por orden creciente:

 

 

 

En las distintas secuencias presentes en las estrrellas… dintintos elementos

 

Hidrógeno, Helio, Carbono, Litio, Berilio, Boro, Oxígeno, Neón, Silicio, Azufre, Hierro (damos un salto), Plomo, Torio y Uranio. Las diferencias de abundancias que aparecen en el gráfico son grandes -hay, por ejemplo, dos millones de átomos de níquel por cada cuatro átomos de plata y cincuenta de tunsgteno en la Via Láctea- y por consiguiente la curva e abundancia presenta una serie de picos dentados más accidentados que que la Cordillera de los Andes. Los picos altos corresponden al Hidrógeno y al Helio, los átomos creados en el big bang -más del p6 por ciento de la materia visible del universo- y había picos menores pero aún claros para el Carbono, el Oxígeno, el Hierro y el Plamo. La acentuada claridad de la curva ponía límites definidos a toda teoría de la síntesis de elementos en las estrellas. Todo lo que era necesario hacer -aunque dificultoso) era identificar los procesos por los cuales las estrellas habían llegado preferentemente a formar algunos de los elementos en cantidades mucho mayores que otros. Aquí estaba escrita la genealogía de los átomos, como en algún jeroglífico aún no traducido: “La historia de la materia éscribió Hoyle, Fwler y los Burbidge_…está oculta en la distribuciíon de la anundancia de elementos”

 

 

 

 

En el Big Bang: Hidrógeno, Helio, Litio.

En las estrellas de la serie principal: Carbono, Nitrógeno, Oxígeno.

En las estrellas moribundas: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio y Uranio.

Como habeis podido comprobar, nada sucede por que sí, todo tiene una explicación satisfactoria de lo que, algunas veces, decimos que son misterios escondidos de la Naturaleza y, sin embargo, simplemente se trata de que, nuestra ignorancia, no nos deja llegar a esos niveles del saber que son necesarios para poder explicar algunos fenómenos naturales que, exigen años de estudios, observaciones, experimentos y, también, mucha imaginación.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 26 de diciembre del 2011 a las 9:37

    ¡Es curioso! Que en artículos como éste, no aparezcan comentarios encendidos y acordes a la enorme importancia de lo que aquí se habla en relación a la posterior llegada de la vida a nuestro planeta que, sin estos suscesos estelares nunca habría sido posible.
    Se debe achacar a las fiestas que, mantiene al personal alejado de estos lugares de la Ciencia durante algunos días, sin embargo, el tema es apasionante y, al menos, merecedor de algunos comentarios y preguntas.
    Bueno, lo dejaremos para mejor ocasión.
    Un saludo a todos.

    Responder
  2. 2
    kike
    el 26 de diciembre del 2011 a las 12:31

    Y el oro…

     Aunque en las supernovas se crea algo de oro, parece que se hace en una cantidad muy pequeña, y dado que en nuestro planeta existe (relativamente) más oro del que tendría que haber, se ha establecido la hipótesis de que ese oro extra es creado en las uniones de dos estrellas de neutrones.

     En esas extraordinarias estrellas, con una densidad y magnetismo inimaginables, cuando se fusionan, se producen unas reacciones violentísimas, mucho más potentes que en las supernovas, y en ese proceso es donde al parecer se crea la mayoría del oro existente.

     No es raro que ese brillante metal esté tan codiciado….

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 27 de diciembre del 2011 a las 5:36

    ¡Y que lo digas!
    Un material como el oro sólo se puede crear en sucesos como los que nombras.
    Lo curioso del caso es, que la cantiodad de oro existente en la Tierra, como bien apuntas, es atípica, ya que, sobrepasa con mucho la tasa en la que debería estar presente aquí, y, tal hecho cierto, nos lleva a pensar que, posiblemente, en la región de la supernova que creó la Nebulosa de la que surgió el Sol y sus planetas, podría haber acontecido algún suceso de más envergadura entre dos estrellas de neutrones que dejaron su huella, no sólo en la Tierra, sino que, posiblemente, el oro esté presente en otros planetas y lunas de nuestro Sistema Solar.
    Claro que, ¿de qué nos podemos sorprender? Sabiendo que en el Universo existen estrellas de Carbono, Litio y otros materiales más complejos…cualquier cosa que podamos imaginar puede ser posible. O, como decía aquel, no es que en el Universo existan todas las cosas que podamos imaginar, sino que son tantas las cosas que existen que ni podemos imaginarlas.
    Un abrazo amigo

    Responder
  4. 4
    Manuel
    el 3 de marzo del 2013 a las 20:00

    No crea que por no dejar comentarios no agradecemos su intención de llegar al máximo número de personas el conocimiento que posee.
    Muchos somos los que acudimos a usted para aprender.
    Gracias.
     

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    • 4.1
      emilio silvera
      el 4 de marzo del 2013 a las 6:32

      Amigo Manuel:
      No sabes lo mucho que agradezco, a personas como tu mismo, que pasen por aquí, aunque sea en silencio. No pasais inadvertidos y vuestra presencia se deja notar y, con el sólo hecho de estar, ya habéis aportado la contribución para el “pago” del esfuerzo que aquí hacemos.
      Gracias amigo, desde aquí, donde quiera que puedas estar, recibe un fuerte abrazo.

      Responder
  5. 5
    Emilio Silvera
    el 12 de octubre del 2013 a las 7:56

    Lo cierto es que, al poder enterarnos de lo que sucede en las estrellas, de lo que ahí se crea, del destino que esos elementos finalmente tienen, no tenemos más remedio que maravillarnos de lo que es capaz de hacer la Naturaleza que convierte la materia en Vida.

    Mucho nos queda aún por desvelar de tantos secretos como el Universo esconde.

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