Más allá del Hierro



La mayoría nunca se pregunta de donde salió todo lo que nos rodea pero los orígenes de los elementos son más interesantes de lo que parece, de algún lado salieron y considerando que el unvierso primigenio era un caldo de quarks y electrones para luego ser neutrones, protones y más electrones para luego formar átomos y así moléculas, pasaron muchas cosas en el camino.

La más interesante de todas es la formación de elementos pesados, resulta que la fusión nuclear va uniendo núcleos de átomos, primero hidrógeno, cuyo producto es helio, luego dos de helio a Carbono y un Oxígeno en estado degenerado y así hasta llegar al Hierro (Fe), es que resulta que tanto el Níquel (Ni) como el Hierro tienen la mayor energía de enlace nuclear, es decir, naturalmente no podríamos unir en el centro de una estrella dos núcleos de Hierro, es tanta la energía que hace falta que nuestro sol no lo podría lograr.

Por esta, y otras razones, una estrella consume todo su combustible y termina muriendo de diversas formas, y es en una de esas formas que se libera tanta energía como para romper el enlace nuclear: la Supernova.



Hay dos procesos por los cuales se pueden crear elementos más pesados que el Hierro, y hay muchos eh!, el proceso S y el proceso R, uno lento, el otro rápido, cada uno se lleva el 50% de los elementos pesados, pero son bien distintos.

El Proceso S es una nucleosíntesis lenta, dadas ciertas condiciones en las estrellas un neutrón es capturado por un núcleo y por desintegración beta ( emisión beta o decaimiento beta) se emite una partícula beta y algunos de estos neutrones se convierten en protones. Suena complejo porque lo es, pero básicamente de tanta salsa nuclear un núcleo puede ir tomando muy lentamente neutrones y algunos de estos, para compensar, emiten esa partícula beta y se convierten en protones y así lentamente se van compensando y sumando más neutrones.

Esto va creando isótopos que viven y mueren pero que en algún momento logran cierta estabilidad, este tipo de proceso, se cree, se da en las estrellas de la rama asintótica gigante, una etapa que experimentan todas las estrellas de masa intermedia (de 0.5 a 10 masas solares) la final de sus vidas, es cuando la estrella se transforma en gigante roja. Estas no estallan en una supernova por lo que no les alcanza para el otro proceso que se encarga de la otra mitad de los metales pesados existentes.



El Proceso R es más bestial, en vez de esperar lentamente a que se sumen neutrones y protones nos vamos a lo más drástico, de prepo. Es la nucleosíntesis por supernova, cuando la estrella logra tener la suficiente energía para, en vez de extinguirse en un puntito frío en el espacio, para explotar como los mil demonios.

En este caso el oxígeno y el carbono pueden ser fusionados porque la masa es lo suficientemente grande para comprimirlos, cuando llega a Niquel-56 y éste decae en Hierro-56 y ahí la reacción interna cambia completamente, las capas exteriores de la estrella colapsan porque la energía de fusión decae rápidamente (no pueden unirse los Hierro-56) y al no haber radiación desde el núcleo de la estrella ésta se comprime más allá de lo imaginable por su propia gravedad.

La presión es tan grande que esto induce la fusión de esos núcleos duros y esto provoca una onda de choque que lleva a la explosión catastrófica de la estrella, la supernova.

Si el Proceso S nos lleva a crear elementos tan pesados como el Bismuto (Bi, 83) imaginen cuanta energía hizo falta para crear el Uranio (U, 92), aquí es donde se crean estos elementos pesados.

Pero son los menos, la mayor parte de lo expulsado es Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Sodio, Calcio, Titanio, Escandio, Hierro, Vanadio, Cromo, Manganeso, Cobalto y Níquel, pero esa pequeña cantidad de otros elementos raros salen de ahí también, por eso su baja ocurrencia pero su innegable existencia.



El Heavy Metal nace de las Supernovas :D y la vida también, ya que el Hierro, el Cobalto, el Cobre, el Manganeso, el Mobildeno y el Zinc, tan necesarios para que estemos vivos, salen de allí.

Las primeras estrellas eran puro hidrógeno, piensen todo el tiempo y la cantidad de supernovas que pasaron antes que nuestro sistema solar existiese, como decía Carl Sagan, somos polvo de estrellas.

PS: para mis astrónomos lectores, desde ya que falta mucho por explicar y que se podrían extender ustedes en los comentarios, les dejo picando el tema para que den cátedra :D

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Comentarios

  • cesare    

    Hace unos días, un amigo me comentaba que, el tipo que diseñó la tabla periódica, dejó casillas disponibles en blanco en los lugares en los que debían ir los elementos que teóricamente debían existir pero que aún no se habían descubierto. Con el tiempo, esos elementos raros o inestables, se fueron encontrando, y recibieron nombre, completando así la tabla como la conocemos.

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  • chimango    

    No me voy a poner en quisquilloso a señalar errores en un post que está bien escrito en general, que abarca demasiadas cosas juntas como para explicarlas bien y en detalle (sin transformar al libro del blog de los próximos 10 años en algo que se parezca mayormente a un tratado de evolución estelar). Justamente estos posts evito hacerlos en mi blog porque no los terminaría nunca Guiño
    Solo mencionaría dos cosas (antes de tratar de dormir definitivamente porque supuestamente esta semana me toca en la oficina, no en el observatorio y debería tratar de estar despierto de día y dormir de noche, en vez de al revés. Y eso no está pasando) Primero, bien ahí: Mencionaste cómo los elementos pesados se pueden formar por procesos de captura lenta (S), cosa que ocurre en las estrellas y no durante la explosión (implosión) de supernovas. Mayormente (aunque no solamente) en estrellas AGB. Te faltó un detalle final que creo que es importante, porque me di cuenta que a muchos a los que les gusta el tema y leen lo que pueden, les queda la idea de que los elementos mas pesados que el hierro se encuentran en el ISM (medio interstelar) -solamente- gracias a las explosiones de supernovas. Justamente lo que le sigue a una estrella en su "vida" después de mandarse pa´rriba a lo loco en el diagrama HR y convertirse en una AGB es pasar por una fase que dura muy poco; una nebulosa planetaria. La gran mayoría de las estrellas de nuestra galaxia (y de otras, se asume) tienen masas iniciales menores a 8 veces la masa del sol, haciendo que pasen por esta etapa en vez de terminar como supernovas. La única razón por la que no vemos el cielo lleno de nebulosas planetarias es justamente porque duran tan poco, del orden de 10,000 años nada mas. Bueno, a lo que voy es que la estrella cuando está en esta fase, termina expulsando las capas mas externas de su atmósfera (después de una "carambola" entre los sucesivos shells al rededor del núcleo en los que todavía hay fusión residual de hidrógeno y helio) y deja una nube al rededor compuesta por el material de la estrella. Mucho hidrógeno y helio, si; pero también elementos mas pesados que formó por fusión en el núcleo (hasta C, O y N) y elementos mas pesados formados por procesos-S. Esa nebulosa termina mesclándose con el ISM y lo enriquece, y estrellas nuevas se pueden terminar formando eventualmente a partir de material mezclado con eso. O sea, somos polvo de estrellas, pero algo de ese polvo vino de supernovas y algo de nebulosas planetarias, como para agregarle algo mas de asombrosidá a la cosa.
    La otra cosa que mencionaría, de puro pedante rompepelotas, es que en el universo primordial no existía solamente hidrógeno (y materia oscura, pero hablemos de bariones nomás). Habían ciertas cantidades iniciales de helio y un poco menos de elementos algo mas pesados y no tan estables, como trazas de berilio-6 si mal no recuerdo. Igual, la gran cantidad de hidrógeno (y la falta de elementos pesados como oxígeno y carbono) permitió que al principio se formaran algunas estrellas de masa monstruosa porque podía colapsar mas material antes de empezar a ser empujado para afuera por el brillo de la estrella naciente. A ese nivel afecta la química a lo que le pasa a las estrellas.
    Para terminar de complementar, dejo un par de fotos de familia que saqué yo.
    Papá nebulosa planetaria:

    y mamá remanente de supernova:

    De ahí salimos todos (lo dejo propuesto para una reedición muy surrealista del libro "de donde venimos"Guiño

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  • pepo    

    Si estan interesados les recomiendo que vean el documental "Wonders of the Universe" con el profesor Brian Cox, sobretodo el E02 que habla de la creacion de elementos, es realmente increible y esta muy bien hecho, y bien facil de entender para los que no curtimos el palo de la astronomia Guiño

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  • Nachox    

    Como no quedé lo suficientemente mareado con el post en sí, tenía que aparecer Chimango a terminar de confundirme... en fin, muy interesante... la parte que entendí por lo menos :P

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  • Quique    

    El comentario de Chimango es excelente(no es que entienda de astronomía yo, pero me convenció de que sabe).
    No lo Cito para no alargar demasiado el área de comentarios.

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  • Galmor    

    Gracias Fabio y Chimango por recordarme que no todo en la internet son tetas y gatitos (refiriéndose en ocasiones a lo mismo)...
    ...Siempre gustoso de leer este tipo de cosas

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  • Sergio    

    Grande Fabio! Muchas gracias por este post, yo habia visto en algunos programas que cuando una estrella fusiona todos los materiales mas livianos y se encontraba con el primer atomo de hierro le quedaba algo asi como media hora de vida y la verdad no me imaginaba como podian llegar a aparecer los otros elementos jeje

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  • Nfredda    

    Muy buen post!! Es fascinante el universo!! Lo que me rompe la cabeza son los agujeros negros !!

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  • groso!

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  • leonardod    

    ¿Entonces por eso la mayoría de los meteoritos metálicos son hierro y níquel? ¿Viste alguna vez un corte de alguno , fabio?

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  • chimango    

    leonardod dijo:

    ¿Entonces por eso la mayoría de los meteoritos metálicos son hierro y níquel? ¿Viste alguna vez un corte de alguno , fabio?

    No quiero monopolizar los comentarios pero si nadie mas contesta y todavía andás por acá con ganas de una respuesta, avisa y te cuento que es fácil de explicar.

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  • chimango dijo:

    leonardod dijo:
    ¿Entonces por eso la mayoría de los meteoritos metálicos son hierro y níquel? ¿Viste alguna vez un corte de alguno , fabio?

    No quiero monopolizar los comentarios pero si nadie mas contesta y todavía andás por acá con ganas de una respuesta, avisa y te cuento que es fácil de explicar.


    monopolizá que me entretiene Guiño

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  • leonardod    

    Claro que me interesa. Estoy a un paso de meterle disco de corte a uno en el planetario y salir corriendo.

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  • Me imagino a una civilización super avanzada, tratando de explicar la teoria del todo. Crean una máquina para experimentar y tratar de replicar los inicios del Big Bang, y algo sale mal.

    Chau civilización.

    Hola, universo nuevo.

    Re loco.

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  • chimango    

    Fabio Baccaglioni dijo:

    chimango dijo:
    leonardod dijo:
    ¿Entonces por eso la mayoría de los meteoritos metálicos son hierro y níquel? ¿Viste alguna vez un corte de alguno , fabio?

    No quiero monopolizar los comentarios pero si nadie mas contesta y todavía andás por acá con ganas de una respuesta, avisa y te cuento que es fácil de explicar.


    monopolizá que me entretiene Guiño

    Respuesta tardía traída a ustedes por cortesía de Claro: Es simple, no anda, es Claro.
    Lo de la composición de los meteoritos no es que esté completamente entendido o sea fácil de explicar, sí es fácil ver que no son de hierro y níquel sólo porque esos elementos sean los que se forman de la forma en la que vimos mas arriba; también hay meteoritos de otros materiales (rocosos, carbonosos, etc) que no serían explicados entonces de esta manera. En realidad, pensá que por mas de que se formen elementos pesados en las estrellas AGB o en eventos de supernova, siguen siendo una fracción muy chica comparada con los elementos que se forman por fusión nuclear (carbono, nitrógeno, oxígeno, helio) y son una fracción diminuta comparada con los elementos que ya tiene la estrella: hidrógeno y helio. Si nuestro sistema solar hubiera sido "mezclado" de manera de que todos los planetas estuvieran hechos de lo mismo que el sol, seriamos mayormente hidrógeno, pero no es así.
    La razón por la que existen meteoritos de ferroníquel (y todos los otros planetas y cascotes que andan dando vueltas, con sus composiciones diferentes) es un proceso de diferenciación: Imagináte una nube de gas y polvo (gas: mayormente hidrógeno y helio, con trazas de elementos mas pesados. Polvo: granos de silicatos) que por X causa colapsa bajo su propia fuerza de gravedad (explosión de una supernova cercana, sacudón gravitacional producido por algo que se acaba de comer la galaxia, como un cúmulo globular u otra galaxia directamente, etc). Al colapsar, el material se va condensando y calentando. En el centro se forma una pelota de gas que tiene rotación junto con un disco de material al rededor (la nube rotaba un poco, aunque sea por la diferencia de fuerza de gravedad entre la parte mas cercana a la galaxia y la mas lejana). Llega un punto en que en el centro, hay tanta temperatura y densidad que se forma una protoestrella que brilla primero por contracción Kelvin-Helmholtz y seguido a eso por procesos de fusión nuclear que empiezan ahí, que es básicamente lo que hace que califique como "estrella". Esta es la clave: la protoestrella, al brillar, ilumina al disco que todavía tiene al rededor (en el que se condensan planetesimales que colisionan entre sí y van juntándose -coalesciendo- para formar planetesimales cada vez mas grandes, lunas, planetas, etc). Ahora, la luz empuja; un fotón puede golpear a una partícula y "empujarla" un poco transfiriéndole momento (P=E/c). Este "empuje" de la luz no es suficiente como para que una lámpara nos tire al piso pero sí para empujar a los átomos mas livianos mas fácilmente hacia afuera del disco. ¿El resultado? Mas adentro del disco tenés mayor abundancia de elementos mas pesados, y mas afuera elementos mas livianos. Esto y la mayor temperatura mas cerca del disco generó diferenciación (ojo, es mas complejo que esto.) Por eso podés tener cuerpos que no son mayormente hidrógeno, como esos asteroides.
    Ojo, esto -no explica completamente- la composición de los planetas (aquella vieja idea de que los planetas rocosos se forman mas cerca del sol y los gaseosos mas lejos) pero sí es parte de la explicación. La composición de los planetas se explica agregándole la teoría de migraciones al cuento este, pero lo dejo en los enlaces al final para que el comentario no me quede como un muro de texto demasiado difícil de escalar.
    http://es.wikipedia.org/wiki/Formacion_del_Sistema_Solar
    http://es.wikipedia.org/wiki/Presion_de_radiacion
    http://es.wikipedia.org/wiki/Migraci%C3%B3n_planetaria
    Aviso, los artículos en español no los revisé. Los que están en inglés son pasables.

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  • biayo    

    tarde pero seguro (?) con esto que se explicó hasta ahora, podemos decir a la mierda con la alquimia, no?!

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  • chimango    

    biayo dijo:

    tarde pero seguro (?) con esto que se explicó hasta ahora, podemos decir a la mierda con la alquimia, no?!

    Al menos si no tenés un reactor a mano, si.

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