DESDE HUMANOS HASTA ÁTOMOS DE HIERRO: SOMOS HIJOS DE LA MADRE ESTRELLA.

Solo hay oscuridad, está muy caliente, un pequeño punto, la singularidad espacio temporal… el BIG BANG…

Después de las luchas materia- antimateria, sobrevivieron los quarks y los gluones, pasadas diezmilésima de segundo desde el Big Bang, en plena era Hadrónica, cuando la temperatura ha descendido hasta los 10 billones de grados, formando las primeras estructuras en el Universo: los Hadrones (protones y neutrones), bariones y nucleones. Esta agregación de la materia se debe a la fuerza fuerte que mantendrá unidos mediante la emisión  y absorción de gluones a tres quarks, formando una triada de estos.

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De este modo se unieron  dos quarks arriba y uno abajo… y ¡pum!  Se formaron los protones (acá aparecí yo); pero no estoy solo… dos quarks abajo y uno arriba… y ¡pam! Se formaron los neutrones. No obstante, la tranquilidad se interrumpe, continúa la lucha materia/antimateria… esta vez somos  nosotros los que peleamos con nuestro enemigo, antiprotón y nuestro amigo neutrón lucha contra  antineutrón…  la temperatura seguía bajando, en esta nueva lucha gana nuevamente la materia, sobreviviendo esta vez los nucleones, ¡Sí, ganamos!

En tanto, el Universo se sigue expandiendo,  la fuerza débil hace que nosotros, los protones, aumentemos en número, ya que los neutrones, pobrecitos,  sufren desintegración beta producto de la fuerza débil, transformándolos en uno de nosotros (protón) y un electrón… ufff somos tantos que llegamos a alcanzar 10⁸⁰

La temperatura sigue bajando hasta los mil millones de grados, tengo frio, y han pasado 100 segundos tras el Big Bang, comienza una nueva etapa,  la nucleosíntesis primordial (nucleosíntesis del Big Bang),  donde se producen los núcleos atómicos a partir de nosotros los protones,  y de  los neutrones.

Esta nueva etapa ocurrió gracias a que los fotones no tienen energía suficiente para evitar que la interacción fuerte nos junte, es así que  los protones pudimos superar la repulsión electromagnética, ya que tenemos carga positiva y como saben, polos opuestos se repelen. Al fin estábamos juntitos.

De estas uniones se formaron los primeros núcleos estables: el hidrogeno (1 protón), el deuterio (1 protón y 1 neutrón), el Helio (2 protones y 1 neutrón) y el helio 4 (partícula alfa) que tiene 2 protones y dos neutrones.  También aparecieron núcleos de litio con 3 protones y 4 neutrones y, los núcleos de berilio con 4 protones y 5 neutrones.  De estos, los núcleos de hidrógeno, formados por dos quarks arriba y 1 abajo, serán el principal componente de los nuevos átomos y de las estrellas.

Ya han pasado 30 minutos desde el Big Bang y como es costumbre, ocurre otra batalla, esta vez pelean electrón - positrón, de esta batalla se obtiene la proporción de electrones que permite que su número se ajuste a la cantidad de protones, alcanzando las condiciones para formar lo que será el átomo.

Luego de 300.000 años, la temperatura bajó hasta solo  unos miles de grados, la fuerza electromagnética se hizo más fuerte que la energía de los fotones, así se mantuvo unidos el núcleo y la nube de electrones, formándose una estructura neutra;  en cuyo núcleo  nos encontramos nosotros, los protones (carga positiva) y neutrones (sin carga eléctrica) y orbitando a su alrededor,  formando una nube, los  electrones (con carga negativa). He aquí el famoso átomo.

¿Pero cómo llegué a ser un átomo de Hierro?

De ser un protón llegué a ser un átomo de Hierro (Fe), porque soy producto de la alquimia de las estrellas, un horno de reacciones químicas; sí, provengo de las estrellas, como tú.  Las estrellas pasan la mayor parte de sus vidas en la etapa llamada secuencia principal, en donde llevan a cabo reacciones químicas de fusión (combustión).). Las estrellas son el centro de producción de nuevos átomos, ya que en su poseen elevadas temperaturas (10⁷ K) y presiones, produciendo grandes cantidades de energía. De hecho, creo que debiésemos decir madre estrella en vez de madre Tierra…

 En esta etapa del ciclo de la estrella se logra un equilibrio entre la presión que tiende a expandir —por las elevadas temperaturas— la masa que la constituye, y la atracción gravitacional, que tiende a aglutinarla en el centro.

Créditos de imagen: revistanuve.com 

Como les había comentado, las estrellas son un horno de reacciones químicas y, en ellas ocurre la fusión nuclear, la cual  provoca un aumento en la temperatura, lo que expande el material de la estrella; al expandirse, la temperatura desciende y que hace a las partículas más expuestas de ser dominadas por la gravedad, dándose de nuevo una contracción. Al ir agotándose el hidrógeno en el centro de la estrella, la fusión nuclear se detiene, lo que disminuye la temperatura inhibiendo  la expansión. Esto causa una nueva contracción gravitacional hacia el núcleo; esta contracción provoca un nuevo aumento en la temperatura la que calienta a las capas externas que son ricas en hidrógeno, lo que permite la formación de helio en ellas.

 Esta nueva fusión genera energía que a su vez provoca una expansión de las capas externas de la estrella, la cual pasa a otra etapa conocida como Gigante Roja, en la que  pierde grandes cantidades de material, dado que está poco atraído gravitacionalmente.

La fusión de hidrógeno en las capas intermedias produce más helio, que es atraído gravitacionalmente hacia el centro, provocando un aumento en la presión y la temperatura. Una vez que la temperatura del centro de la estrella alcanza los 10⁸ K, los núcleos de He tienen suficiente energía cinética para vencer la fuerte repulsión electrostática entre ellos y se fusionan para formar ¹²C en un proceso conocido como triple alfa - porque a los núcleos de He se les conoce como partículas α-. El carbono es el tercer elemento más abundante en el Universo y la base de la vida en nuestro planeta.

En estas condiciones también pueden producirse otros núcleos como de ¹⁶O. El destino de una estrella a partir de esta etapa, depende principalmente de su masa, si su masa está por encima de 10 masas solares, es una estrella masiva.  En las estrellas masivas, al agotarse el hidrógeno, la contracción gravitacional es más grande y el consecuente aumento de temperatura, provoca que puedan llevarse a cabo reacciones de fusión en las que se producen muchos otros núcleos atómicos.

 

 En la primera de estas reacciones los núcleos de carbono pueden fusionarse para originar varios elementos más pesados como: Ne, Na, Mg, Si, S, P.

Continúan las fases de combustión en el interior de la estrella masiva, formándose una estructura parecida a una “capa de cebolla”, de modo tal que se fusionan elementos más pesados a radios estelares menores, donde las temperaturas y las densidades son más elevadas; en estas condiciones se forman núcleos de: Ar, Ca, Sc, Ti, Cr y sobretodo ⁵⁶Ni, el cual decae a ⁵⁶Fe.  Sí, Hierro, acá me formo como un átomo de Fe, el elemento más pesado que se puede formar en una estrella masiva.

Soy el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, y entre los metales soy el primero más abundante en masa planetaria. La Tierra tiene un 70% de mí en su núcleo y con mi movimiento genero un campo magnético.

Así que cuando me veas, no pienses que soy un metal insignificante que utilizas a diario, provengo de las estrellas como tú.