viernes, 11 de enero de 2013

Humanos cósmicos: ¿somos polvo de estrellas?

Hay veces en que la intuición poética vislumbra a la ciencia. Prueba de ello es el soneto "Amor constante más allá de la muerte" de Francisco de Quevedo escrito en el siglo XVII:

Alma, a quien todo un Dios prisión ha sido,
Venas, que humor a tanto fuego han dado,
Médulas, que han gloriosamente ardido,

Su cuerpo dejará, no su cuidado;
Serán ceniza, mas tendrá sentido;
Polvo serán, mas polvo enamorado.

Ese soneto se puede interpretar como un presagio del conocimiento acerca del origen de la vida y nuestra sangre. Por ejemplo, tu sangre es roja por una heteroproteína llamada hemoglobina que contiene un átomo de hierro; ese hierro no existe por generación espontánea, al igual que los elementos esenciales para la vida: el CHONPS <Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno, Fosforo, Azufre>. Proceden de una estrella.

La energía más abundante en el universo es la nuclear, mediante estrellas que funcionan a base de un sistema similar a nuestros reactores nucleares. Allí nació la vida.

En el primigenio universo no existían los metales pesados, había mucho polvo cósmico y estrellas antiguas compuestas de mucho hidrógeno con escaso helio. Cuando el hidrógeno de estas estrellas se agota, abunda el helio; su luminosidad aumenta en tono rojo, mientras su corazón se encuentra en estado de plasma, < los núcleos retienen pocos electrones y estos andan sueltos formando gases>, un corazón denso, caliente y pequeño, haciendo que su gravedad aumente (¡voilà!, gesta una supergigante roja).

Mientras la temperatura en el corazón de nuestra estrella es alta, los núcleos de helio se mueven a una velocidad suficiente para romper una barrera repulsiva entre ellos, haciendo que se fundan termonuclearmente, la energía desprendida calienta el corazón y acelera el proceso de fusión del helio, hasta que estalla (llamado "flash de helio").

La potencia del flash de helio puede generar una luz potente con capacidad de iluminar todo el cosmos. Pero eso no sucede porque al estallar se rompe la degeneración de gas (electrones) en el corazón; su presión y temperatura se emparientan de nuevo, bajando la luminosidad del flash.

¿Cómo puede existir en ese agitado corazón el carbono junto con tu sangre roja (hierro)? Mientras se quema material (funde termonuclearmente), dos núcleos ligeros se unen y dan uno más pesado. Así se crea helio-4 (partícula alfa), si se une a otro helio-4 dan berilio-8, y si ese berilio se fusiona con otro berilio da carbono, pero en un estado excitado-resonante que será bombardeado con partículas alfa; si un carbono (6protones 6neutrones) se fusionan con una partícula alfa da oxigeno (8protones 8 neutrones), si a ese oxigeno se le asimila otra partícula alfa sale un neón-20 (10protones 10neutrones) <Ver imagen de átomos>. Mientras, el corazón eleva su temperatura, con la capacidad de generar neutrones y núcleos con altos protones mediante diversos procesos nucleares. Se hace énfasis en los protones porque es lo que determinará el tipo de elemento porque saliendo del plasma definirá cuántos electrones lo envolverán.

Con un corazón agitado el carbono comienza a fundirse entre sí, generando magnesio (12protones, 12neutrones), al haber varios canales de reacción las partículas Alfa aumentan y se dan transformaciones de neutrones en protones y viceversa, osease una fuente de neutrinos (radioactividad beta).

A esta altura vemos que la estructura de la estrella se ha formado como una cebolla <Ver imagen de sol>: en el centro los elementos más pesados, envuelto con una capa de ligeros elementos, donde los más pesados intentan salir junto con muchos neutrones. Después de la fusión termonuclear del oxigeno, el corazón se volvió fundamentalmente de silicio (28nucleones), si se funden dos silicio podemos hacer un hierro; al ser el hierro uno de los materiales más estables (no sufre desintegración radioactiva por protones y neutrones muy unidos) todo el corazón tendrá a fusionarse en hierro.

Para que el hierro llegue a tu sangre pasó por un camino difícil: hay una barrera de 3,500 millones °C en el corazón que le impide salir, ahora está a unos 2,000 millones °C; si supera la barrera el silicio se desintegrará. Como hay movimiento de partículas se crearon fotones, éstos interactúan con el silicio y lo ayudan a romperse antes de fundirse entre ellos (fotodesintegración).

Una vez que algunos elementos rompen la barrera eléctrica se irán realentizando, aumentando la probabilidad de unirse a núcleos más pesados y formar nuevos elementos, gracias a la desintegración beta. A esto se le llama proceso S, por slow (lento), y tarda miles de años para que la última capa de nuestra "cebolla" (nuestra estrella) se vaya enriqueciendo con diversos materiales ¡y explote!, sacando metales pesados dejados a la deriva. Como el final del soneto puesto al inicio de esta entrada.

Referencias:
Cortina, Dolores; Martínez, Gabriel. (Enero 2008). Temas de física: Núcleos en el universo. Recuperado en: http://www.i-cpan.es/doc/Empirika/14-21-Nucleos-Universo.pdf
Escalante, Sigfrido; Gasque, Laura. (Diciembre, 2011). El origen de los elementos y los diversos mecanismos de nucleosíntesis. Recuperado en: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ElOrigendeloselementos(EducacionQuimica)_18626.pdf
Dr. Greg Bothun (recuperados en Enero del 2013). University of Oregon. Podcast: http://zebu.uoregon.edu/textbook/energygen.html

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