Revista Ciencia

La vida de las estrellas (II). Por qué brillan

Por Vmanchado @vmanchado
Desde el comienzo de los tiempos, nuestros antepasados miraban al cielo nocturno preguntándose qué eran esos misteriosos puntitos de luz que adornaban la bóveda celeste. Algunos de esos puntos son muy brillantes, otros no tanto... muchos de ellos parecen ser de color blanco, en otros se distinguen colores: azul, amarillo, naranja, rojo...
Las estrellas son soles, como el nuestro. Algunas de ellas son muy pequeñas, quizás del tamaño de nuestro diminuto planeta, otras tienen dimensiones colosales, hasta tal punto, que si estuvieran donde está el Sol, la Tierra estaría dentro de ellas, y en las más grandes, hasta Júpiter estaría en su interior (no olviden que Júpiter está a una distancia media de 770 millones de kilómetros del Sol).
En un post anterior vimos cómo nacían las estrellas, hoy intentaremos explicar por qué brillan y cómo viven. En ese mismo post comentamos que una estrella es una esfera de plasma donde las fuerzas de expansión y las de compresión gravitatoria están en equilibrio.
Ya que la estrella tiene una masa determinada, colosal, eso sí, lo que necesita es producir suficiente energía para evitar desplomarse por su propio peso. Supongamos que tenemos una estrella creada poco después del Big Bang, hace unos cuantos miles de millones de años. Originalmente, está compuesta casi totalmente de Hidrógeno y un poquito de Helio.
El Hidrógeno es el átomo más sencillo que podemos encontrar en la naturaleza, con un núcleo formado por un único protón. El Helio, el siguiente elemento más sencillo, tiene en su núcleo 2 protones y dos neutrones. Pues bueno, el 'truco' que tiene la estrella para producir la energía suficiente para no desplomarse es 'fusionar' 4 átomos de Hidrógeno en uno de Helio. Como la masa de los 4 átomos de Hidrógeno es ligerísimamente mayor que la masa del átomo de Helio (un 0'72% aproximadamente), esa diferencia de masa se transforma en energía pura, tal y como postula la más famosa de las ecuaciones de la física: E=mc2 , la de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, donde E es la energía obtenida, m la masa y c la velocidad de la luz.
Las implicaciones de esta sencilla ecuación son sorprendentes. Básicamente, con muy poca cantidad de materia podemos obtener unas cantidades de energía fabulosas, y eso las estrellas lo hacen muy, pero que muy bien. Lo que hacen es transformar materia en energía, y en grandes cantidades.
Pongamos por ejemplo a nuestro Sol… cada segundo, 564 millones de toneladas de Hidrógeno se convierten en 560 millones de toneladas de Helio. Los 4 millones de toneladas de Hidrógeno faltante se convierten en neutrinos (partículas subatómicas con masa casi igual a 0), algunos positrones (la antipartícula del electrón) y, (esto es lo más importante) energía pura (en forma de luz y calor).
Para hacernos una idea más aproximada imaginemos la energía producida en nuestro planeta a lo largo de un año (en 2005 fueron 138 900 Teravatios-hora, vamos, una barbaridad). Multipliquemos esa cifra por 760 000, pues bien, el valor resultante es la energía que produce nuestro Sol en tan sólo 1 segundo. Poca cosa si la comparamos con la estrella de la Pistola, la más energética que se conoce, se estima que produce 4 millones de veces más energía que el Sol.
La vida de las estrellas (II). Por qué brillanLa estrella de la Pistola, con 150 masas solares, a 25 000 años-luz
¿Pero qué le pasa a la estrella cuando agota su Hidrógeno? Pues empieza a fusionar núcleos de Helio para formar el siguiente elemento más pesado de la Tabla Periódica, el Litio. Lo que ocurre es que esta reacción no es tan eficiente como la de conversión del Hidrógeno en Helio, así que la estrella 'tiene' que acelerar su metabolismo para poder producir la misma cantidad de energía.
Y cuando se va quedando sin Helio, empieza a fundir núcleos de Litio para generar nuevos elementos químicos: Berilio, Boro, Carbono, Oxígeno, Nitrógeno, etc… ¿les suenan? Esta ha sido una de las mayores revelaciones de la ciencia, ¡estamos hechos de materia estelar! Todos los átomos de los que estamos compuestos (exceptuando el Hidrógeno) se han formado en el interior de las estrellas, ¿no es asombroso?
La vida de las estrellas (II). Por qué brillanTodos los elementos químicos que encontramos en la naturaleza se formaron en las estrellas
Poco antes del comienzo de la Segunda Guerra Mundial, dos físicos alemanes (Hans Bethe y Carl von Weiszäcker) propusieron la existencia de dos reacciones en cadena de transformación de Hidrógeno a Helio en las estrellas. Una es la de protón-protón, la otra es la del Carbono-Nitrógeno-Oxígeno (que es la que se produce en nuestro Sol).
La vida de las estrellas (II). Por qué brillanCiclo protón-protón de conversión de Hidrógeno en Helio. En cada etapa se produce energía
La vida de las estrellas (II). Por qué brillanCiclo Carbono-Nitrógeno-Oxígeno
Resulta que en nuestra estrella hay Carbono, que actúa como catalizador de la reacción de fusión. Un átomo de Carbono absorbe un protón, produciendo energía, y se transforma en Nitrógeno, que al seguir absorbiendo protones y emitiendo energía, radación, positrones y neutrinos, se va transformando sucesivamente en Nitrógeno y Oxígeno, volviendo a transformarse en Carbono nuevamente tras producir un átomo de Helio.
El siguiente vídeo muestra cómo se produce la reacción de protón-protón:
Próximamente hablaremos del final de las estrellas, cómo llegan al final de sus vidas, y porqué se produce ese fin. ¡Espero que les haya gustado este post!
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