Archivo mensual: abril 2012

Somos polvo de estrellas

El universo apareció. Del estado anterior surgió la materia condicionada por una propiedades físicas determinadas, unas reglas que todos debían cumplir a rajatabla. Con apenas 300 segundos de vida, los núcleos de los elementos más simples se formaron, que bautizamos como hidrogeno, helio, litio y berilo.

Pero todos sabemos que el universo no está formado solo de estos cuatro elementos, que en la tabla hay otros 88 elementos clasificados que se forman de manera natural y que conforman todo lo que nos rodea y a nosotros mismos.

Suena muy poético que estemos formados de polvo de estrellas, pero es una realidad científica que sobrepasa a la literatura y que pretendo explicar.

Los elementos se forman por nucleosíntesis modelo por el cual se conforman los núcleos de los átomos, que como bien sabemos están compuestos por una cantidad de protones (de carga positiva), los cuales determinan el número atómico y la cantidad de electrones (de carga negativa) que orbitan el núcleo, y una cantidad variable de neutrones (de carga neutra) (el protio [H1] no posee ningún neutrón). Para que la nucleosíntesis se produzca se necesitan dos factores primordiales que son una gran densidad y una alta temperatura. De este proceso se conocen cuatro tipos.

El más elemental es el sucedido al comienzo del universo y conocido como nucleosíntesis primordial. Esta se produjo durante los 100 a 300 segundos del nacimiento del universo, momento en el que la densidad y temperatura bajó lo suficiente para que se pudieran formar núcleos de hidrogeno, helio (los dos suponían el 99.999… % de todo el material formado) y una cantidad residual de litio y berilo.

Una vez creado todo este hidrogeno y helio, el universo siguió expandiéndose. Poco a poco se formaron zonas de mayor densidad que dieron origen a las galaxias y posteriormente a estrellas. Estas primeras estrellas debieron ser enormes gigantes que consumían cantidades ingentes de hidrogeno mediante reacciones de fusión nuclear (no confundir con fisión). Al tratarse de estrellas muy masivas estas tienen una tasa de quema de combustible mucho mayor y rápida que una estrella de menor tamaño.

Con estas primeras estrellas entran en acción nuevos mecanismos de nucleosíntesis. El principal es la nucleosíntesis estelar la cual se produce en las últimas fases de vida de una estrella, cuando la cantidad de hidrogeno y helio empiezan a escasear y comienza a comprimirse el núcleo de la estrella. Una vez consumido el helio presente por fusión, en la estrella nos encontramos con elementos de bajo número atómico y entre ellos, tres que serán importantes en fases posteriores de fusión: el carbono (6), el oxigeno (8) y el neón (10).

El carbono posee una temperatura “baja” de fusión (600 millones de grados Kelvin) y al producirse una contracción de la estrella, esta aumenta de densidad y favorece la fusión de este elemento, produciendo sodio, magnesio, neón, oxigeno y algo de silíceo.

El neón comenzara su fusión cuando el carbono se agote al aumentar la temperatura y la densidad de la estrella por una nueva fase de compresión. En los siguientes 10 años se produce magnesio y oxigeno.

El turno del oxigeno llega cuando el neón escasea y se produce un nuevo aumento de temperatura y densidad. En esta nueva fase, el oxigeno se fusiona para dar lugar a azufre, calcio, titanio y sobre todo silíceo. Todo este proceso solo dura un mes.

Cuando el núcleo de la estrella se comprime aún más y aumenta todavía más su densidad, el silicio producido en la fase anterior se fusiona produciendo una reacción que llevará a la creación de átomos de hierro (número atómico 26), el más estable de los elementos y el último en producirse antes del estallido de la estrella, que solo ha logrado sobrevivir por un día más.

Pero que una estrella muera produciendo una supernova no quiere decir que no se  produzcan más elementos. El último elemento que se produce de manera natural es el uranio y se genera durante esta fase de nucleosíntesis explosiva.

En una supernova se producen temperaturas aún mayores a las generadas en el interior de la estrella, facilitando la fusión de núcleos pesados, muchos de ellos radioactivos, y que se descomponen rápidamente en elementos de menor peso atómico y que dan lugar a gran parte de los metales que encontramos en el planeta y en el universo.

Como ya he dicho, hay cuatro posibles nucleosíntesis. La cuarta y última es la espelación de rayos cósmicos en la que los núcleos de átomos de oxigeno, nitrógeno y carbono son impactados por rayos cósmicos, produciendo la fisión de estos y generando elementos de menor peso, como son el litio, el boro o el berilo.

Todo el material generado en una supernova queda flotando en el espacio como una inmensa nube de gas. Las nuevas generaciones de estrellas recuperar parte de este material en su fase de atracción gravitatoria, en la que una gran masa de hidrogeno y helio ira cargándose de este tipo de impurezas hasta que se produzca la reacción de encendido de la estrella.

Nuestro sol, ese disco que nos calienta, es una estrella de segunda generación. Durante su estado fetal, si se permite la expresión, recogió todo este polvo flotante, cargado de multitud de elementos de diversos tipos y orígenes que con el paso de los años, de los millones de años, generaron tanto a él mismo, como a los ocho planetas que giran a su alrededor y el resto de habitantes del sistema, incluido a Plutón.

En este punto, la segunda entrega, vemos que el universo se creó con unas características físicas determinadas (El inicio de todo) y que nuestro sistema solar es de segunda generación, tras una etapa inicial de voraces y gigantescas estrellas.

Enlaces de interes:

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El inicio de todo

Con esta entrada comienzo una serie en la que pretendo dar a entender los procesos y pasos que han llevado a nuestra especie a existir en ente planeta y comprender porque somos de esta manera y no de otra. Creo que a medida que avance en las entradas la visión antropocéntrica que muchos tienen quedará relegada a una que tenderá a ser más azarosa. Pero no adelantemos acontecimientos.

Todo tiene un comienzo y para poder empezar es necesario remontarnos hasta el momento en el que el universo ni siquiera existía. Ese instante en el que el tiempo era 0 y no hacía prever lo que se desencadenaría para llegar al momento en el que lees esta última palabra.

El Big bang, o gran explosión, es la teoría más aceptada que no solo explica que ocurrió para que se formara el universo (que no se produjo en una explosión),  sino que trata de explicar lo que aconteció desde ese momento inicial, superdenso y caliente, al más frio y con expansión acelerada del espacio-tiempo, que posee en la actual.

Big bang

Pero para poder explicar la existencia del Big bang debemos recurrir a otra teoría también muy conocida por el gran público, y utilizada en múltiples ocasiones para enmarcar a seres de gran inteligencia, y que pocos pueden explicar con una cierta claridad. Me refiero a la teoría de cuerdas.

Lo que esta teoría viene a plantear es que la materia tal y como la conocemos, está formada por cuerdas con estados vibracionales que se desarrollan en unas condiciones de dimensiones espacio-temporales mayores a las cuatro conocidas, estando estas ampliadas hasta 10. Por lo tanto la teoría plantea que existen 4 dimensiones convencionales (léase largo, ancho, espesor y tiempo, todas ellas medibles) y 6  dimensiones compactificadas, que no son medibles con nuestros instrumentos actuales.

La importancia que posee Cuerdasla teoría de cuerdas con el universo se da a conocer a partir de la segunda revolución de la teoría de cuerdas, la cual plantea la existencia de una undécima dimensión denominada P-brana. Esta nueva revisión permitió unificar las diferentes versiones de la teoría de cuerdas existentes hasta ese momento (5 en total) en una única llamada teoría M (o U). Al concebir esta unificación entraba un factor muy importante con respecto a la nueva dimensión propuesta, a partir de la cual se especula con que el origen del universo esté relacionado con el choque de dos de estas P-branas, dando origen al Big bang y que daría pie a la existencia de universos paralelos, cada cual con unas constantes físicas que podrían ser similares a las existentes al que habitamos o muy diferentes.

Por lo tanto, si la teoría M es cierta, el universo nació del choque de dos P-branas, y este choque produjo la aparición de partículas. Inicialmente se produjeron las más elementales, los quarks-gluones, a partir de los cuales se generaron los primeros protones y neutrones, consiguiendo ganar la batalla entre materia y antimateria. Con la aparición de protones y neutrones y su unión, conformaron los primeros núcleos simples del universo, los del deuterio, hidrogeno con un protón y un neutrón formando su núcleo, y helio. Tuvieron que pasar 300.000 años para que se formaran los primeros átomos completos, al unirse los electrones a los núcleos.

A partir de este punto se encontraban zonas donde la densidad de materia era ligeramente mayor a la circundante. Mediante la gravedad, progresivamente, comenzo a aumentar la densidad en estas zonas, amalgamando átomos de hidrogeno, helio y litio, que progresivamente dieron pie a la formación de las galaxias y las primeras estrellas del universo primitivo, conformado la mayor parte de las estructuras que se conocen actualmente.

El universo se creó. Aún no sabemos exactamente cómo, pero existe, y posee unas constantes físicas definidas, al menos en la sección de universo que ocupa el sistema solar. Estas constantes permiten la existencia de materia y una serie de fuerzas naturales estables para poder conformar todo lo que conocemos y que de otro modo… quien sabe.