Los elementos y las estrellas


Desde los tiempos de los griegos existía el concepto de que toda substancia está formada de partículas. El aire que ocupa nuestra habitación no es otra cosa que un número MUY GRANDE de moléculas moviendose en todas direcciones. Los científicos del siglo XIX, al investigar distintos tipos de reacciones químicas se dieron cuenta que existen substancias compuestas, representadas por moléculas, y substancias puras o elementos, compuestos de átomos. Cada molécula está formada por átomos de uno o mas elementos. Uno de los ejemplos que nos es mas familiar es el del agua, cuya molécula está formada por la unión de dos átomos del elemento hidrógeno y un átomo de oxígeno. Un ejemplo mas de moda es el del ozono, cuya fragil molécula está compuesta de tres átomos de oxígeno.

En la naturaleza existen 92 elementos y en este siglo el hombre ha creado mas de una docena de nuevos elementos. El hidrógeno es el mas ligero de los elementos mientras que el uranio es el más pesado de los elementos naturales. A principios de siglo se descubrió que muchos átomos, en particular algunos de los mas pesados, son inestables y después de cierto tiempo se transforman en átomos mas ligeros, liberando energía durante el proceso. Esta inestabilidad se manifiesta con el fenómeno de radioactividad.

Posteriormente, la física nuclear tambien encontró que es posible formar algunos elementos al juntar los núcleos de elementos mas ligeros. El caso mas relevante es la formación de helio al juntar los núcleos de cuatro átomos de hidrógeno. Durante este proceso se libera una cantidad apreciable de energía: la fusión de un gramo de hidrógeno en helio produce 175000 kilowatts hora, una cantidad de energía suficientemente para las necesidades de un hogar durante cien años! Este es el proceso de fusión nuclear mas eficiente y el que utilizan las bombas de hidrógeno. El poder generar energía por este proceso en forma controlada es uno de los retos tecnológicos mas grandes de la humanidad.

A través de los trabajos pioneros de astrofísicos como Hans Bethe, William Fowler, Subrahmanyan Chandrasekhar y Fred Hoyle, durante los años treinta se descubrió que la fusión nuclear es el mecanismo con el cual brillan las estrellas. En el centro del Sol, donde las temperaturas alcanzan entre 10 y 20 millones de grados, cada segundo se convierten mas de 619 millones de toneladas de hidrógeno en 615 millones de toneladas de helio. Un poco mas de 4 millones de toneladas de materia se transforman en la energía que radía el Sol: 390 millones de millones de millones de millones de Watts. Aún así, el Sol tiene suficiente hidrógeno para continuar brillando unos 10 mil millones de años.

Las estrellas al evolucionar terminan por consumir todo el hidrógeno que tenian inicialmente, transformandolo en helio. Cuando esto sucede, la estrella experimenta cambios radicales en su estructura: sus capas exteriores tienden a expanderse mientras que su núcleo se contrae dando lugar a temperaturas de unos 100 millones de grados, mayores que las existentes en el centro del Sol. A estas temperaturas tres núcleos de helio pueden combinarse para producir un núcleo de carbono y generar energía: así la estrella entra en una segunda etapa de vida estable. Eventualmente el helio empieza a escasear y la estrella debe generar energía mediante otras reacciones nucleares. De esta forma las estrellas producen elementos mas pesados como oxígeno, neón, silicio y hierro.

La astrofísica ha llegado a una conclusión notable: durante miles de millones de años las estrellas han ido creando los elementos pesados a partir de hidrógeno y helio. De hecho todo el carbono, el oxígeno y el hierro que hay en la Tierra hoy en día fueron producidos en el núcleo de una estrella que ya desapareció. Es decir que la materia de la cual estamos formados cada uno de nosotros estuvo algunas vez en el centro de una estrella.


Esperanza Carrasco Licea & Alberto Carramiñana Alonso
Diario Síntesis, 12 de diciembre de 1995