miércoles, 3 de marzo de 2010

Desde el Big Bang 7

Una vez completado el proceso de ionización la temperatura y la presión del gas pueden aumentar para oponerse a la compresión, y ésta sufre una brusca desaceleración. El volumen que ocuparía nuestra protoestrella sería aproximadamente el de una órbita terrestre.




 Presión y gravedad logran llegar al equilibrio. El gas alcanza el denominado "equilibrio hidrostático". Todavía no se producen reacciones nucleares y la protoestrella carece de una fuente de energía interna, por lo que debe continuar contrayéndose para evitar la presión del gas, que sigue radiando gran cantidad de energía.
Y, en este momento, una vez alcanzado el "equilibrio hidrostático", surge otro problema (ahora entiendo por qué a las actrices famosas las llaman estrellas: no dan más que problemas y quebraderos de cabeza): la superficie de la estrella no debe enfriarse demasiado, pero la radiación queda atrapada en el núcleo, por lo que no puede calentar las capas exteriores.
La naturaleza, siempre sabia y astuta, inventó la convección: inmensas bolsas de gas recalentado suben hacia la superficie de la protoestrella, mientras que el gas más frío se hunde hacia el centro. 


 Llegado el momento en que se establecen estas corrientes de convección, la luminosidad de la estrella experimenta un incremento súbito durante un brevísimo espacio de tiempo (1 año aproximadamente). La radiación que emite sigue siendo infrarroja, pero ya está próxima a la luz visible.
Cuando se alcanza la temperatura adecuada en la superficie, la radiación emitida adquiere la longitud de onda de la luz visible para el ojo humano, y podemos decir que ha empezado a brillar.
Conforme aumenta la temperatura en la superficie de la estrella se hace más fácil el aporte calorífico desde el centro de la misma mediante la radiación, perdiendo protagonismo la convección (a pesar de los servicios prestados, la dejan arrinconada. Os suena de algo?)
En esos momentos, en las capas intermedias de la protoestrella la densidad es parecida a la del agua. Puede parecer poca cosa, pero desde el Big Bang, durante cientos de millones de años, el universo no había conocido nada igual. En unos pocos cientos de miles de años, la nube de gas primigenia ha aumentado su densidad 1 trillón de veces (1.000.000.000.000.000.000).


Con esta densidad y esta temperatura pueden darse otros procesos físicos, y comienzan a tener lugar las reacciones nucleares. El Hidrógeno ( 1 protón), puede unirse al deuterio (1 protón+1neutrón), y formar un isótopo del Helio llamado Helio3 (los isótopos de un elemento químico se caracterizan por tener en su núcleo idéntico número de protones, pero diferente número de neutrones). En este proceso, al unirse las partículas, se libera energía en forma de radiación.



Pero la cantidad de deuterio es tan ecasa que, aunque se genere muy rápidamente, la energía resultante apenas es suficiente para generar la presión suficiente para contrarrestar la gravedad, por lo que la protoestrella sigue contrayéndose.

 
Mas las interacciones entre las partículas se siguen produciendo. El Helio3 puede colisionar con  Deuterio, con Hidrógeno y con más Helio3. Al producirse estos choques lo más probable es que el átomo de Helio3 resulte destruido, pero si se logra que su densidad sea la necesaria, la interacción más numerosa será con Helio3, lo que dará lugar a un isótopo más estable: el Helio4. En este proceso se liberan dos protones, generándose una gran cantidad de energía.
Pero, siempre hay un pero, recordemos que incluso con 10 millones de grados y la densidad increíble del corazón de la protoestrella, ningún protón posee la energía necesaria para llegar a acercarse a otro protón y formar deuterio, así que la naturaleza echa mano de la mecánica cuántica. Veamos cómo:
Los protones se encuentran en lo que se denomina "distribución térmica", es decir que hay protones que poseen más energía de la media (1 de cada 10 millones aproximadamente), aunque incluso los más energéticos sólo tienen 1 centésima parte de la energía requerida para vencer la repulsión provocada por la carga eléctrica idéntica. Pero los misterios de la mecánica cuántica (la que rige para átomos y partículas) permite que en rarísimas ocasiones se aproximen los protones sin necesidad de haber vencido por completo la repulsión. las probabilidades son mínimas, pero hay tantos protones y tantas colisiones que estas interacciones se llegan a producir.  A temperaturas de 15 millones de grados 1 de cada 100 millones de protones tiene una energía 13 veces superior a la media.



Una vez puesto en marcha el proceso de fusión nuclear ya es imparable, y la energía que se origina, transformada en calor, es tan grande que la presión del gas ya es capaz de contrarrestar la gravedad, y, por lo tanto, la contracción, de lo que ya es definitivamente una estrella.

8 comentarios:

  1. ASPIRANTE
    Eres un genio de la Física. Y eso me produce una sana envidia por ser un negado para las Ciencias, a las que desde siempre he admirado y deseado desentrañar.

    Si tienes ganas y tiempo, te agradeceré que escribas un post referente a las explosiones o efectos producidos por FUSIÓN y por FISIÓN, conceptos que creo son completamente diferentes.

    En mi ignorancia creo que las energias producidas hasta ahora, y denominadas como centrales nucleares, lo han sido por FISION, y que la verdadera potencia está en la FUSION.

    Quizá sea la inversa.

    Un cordial saludo

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  2. -!Juspaaaa!...!Vente pa acá!...
    -!Joer, Charne!...¿Que hotia pasa?...¿A que se debe tanta urgensia y ecspeditiva premura?...¿Que tan tocao los siegos, acaso?...
    -!Mejós, oyes!...!Musho mejós!...
    -!Copón!...no caigo...¿Ha perdio el Barca?...
    -!Huy!...!Que va!...!No va por ahí la cosa!...!Que pol fin hemo descubierto el proseso fenomenológico subliminás e intergalástico sufrío pol el Sapatero!...
    -¿Lo queeeeeé?...
    -!Lo que oyes!...!Ven!...!Echa un vistaso a ésto!....
    -!A vés!...!Déjame leés!...Prosesos de ionisasión....bsssss....bsssss...brusca desaselerasión...!Hotia!...el volumen de nuettra protoestrella...!Joer!...bssss...bsssss...el universo no habia conosio na iguás....bsssss....bsssss...contrarestá la gravedás....bssss...la contracsión de lo que ya é una estrella...!Hotiaaaaaaa!...!Al finás tenia rasón la Pajín!...!El Sapatero é un fenómeno interestelás!
    -!Pué ya vé de to lo que nus enteramo!...
    -¿Pero que hases, Juspa?...¿Ande vás?...
    -!A plotegelme!...!No vaya a caelme un predruco cósmico fruto de fusión de la protoestrella de la Constelasión 11M!...
    -!Pué ya que lo dises, la prevensión no está de má!...
    -
    -

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  3. Estimado Sr. Tellagorri:
    Antes que nada deseo agradecer vuestra inmerecida atención y desmedidos elogios, y ya de paso, pediros disculpas por no valorar en lo que merece vuestra soberbia pinacoteca, con la que nos regalais diariamente a los que hollamos vuestros predios.

    Pasemos a la cuestión sobre la que me interrogais.
    La FISION nuclear consiste básicamente (y dicho a lo bruto, que hoy no estoy para sensiblerías) en almacenar un gran número de núcleos atómicos de un elemento pesado (es decir, que el núcleo contiene gran cantidad de protones y neutrones), por ejemplo el uranio, bombardearlo con protones y provocar la división del núcleo atómico (partirlo en dos, y dejémonos de refinamientos). Como consecuencia de este proceso se produce energía en forma de radiación (emisión de fotones, neutrinos...) que se transforma en calor y por procedimientos mecánicos en energía eléctrica. En este proceso se alcanzan temperaturas del orden de miles de grados (nada que no pueda soportar un madrileño en agosto).
    El gran problema de esta forma de producción de energía son los residuos. El uranio enriquecido de esta forma tarda miles de años en degradarse y perder toda su energía, es decir: de emitir partículas altamente energéticas que pueden afectar a nuestra salud (si una de estas partículas interacciona con nuestras cadenas de ADN puede producir mutaciones en el mismo y dar lugar la aparición de tumores, a problemas genéticos en la descendencia...)
    De ahí la necesidad de enfriar (restar energía) los residuos en piscinas, desde donde pasarán a los mal llamados "cementerios nucleares" (esas cosas que nadie quiere en su comunidad autonosúyica, excepto los alcaldes de los pueblos candidatos"), que no son otra cosa que depósitos enterrados a gran profundidad en formaciones geológicas de roca y convenientemente reforzados para impedir que la radiación, en caso de haber algún problema, pudiera escapar y afectar a la población. No recuerdo haber oído nunca hablar de algún accidente en dichas instalaciones.
    La fusión, por el contrario, no trata de dividir un núcleo atómico, sino de fundir dos núcleos de Hidrógeno ( protón+1 electrón) y consguir átomos más pesados. Debido a la carga eléctrica idéntica de los electrones, éstos se repelen mutuamente (ver en el Glosario del Aspirante: Coulomb, barrera de), por lo que es necesaria una cantidad inmensa de energía (varios millones de grados) para conseguir la fusión.
    Ventajas de la fusión: el combustible es ilimitado, pue el hidrógeno es el elemento químico más abundante del Universo y se encuentra en cualquier parte. Además es una energía que no produce radiación ni residuos nucleares, pues los productos de la fusión son átomos cada vez más pesados y estables.
    Inconvenientes: a día de hoy no se puede producir, pues como hemos visto en la entrada a cerca del nacimiento de las estrellas, para lograr la fusión se precisa alcanzar temperaturas del orden de 10 ó 15 millones de grados y no se conocen materiales que puedan resistir tales temperaturas y, por lo tanto, sirvan para construir un "horno" donde tenga lugar la fusión. A día de hoy sólo se conocen dos tipos de lugares donde se haya llevado a cabo la fusión:
    1-El núcleo de las estrellas.
    2-Los experimentos con bombas H (de hidrógeno)
    En diversos lugares del mundo se llevan a cabo experimentos, tratando de crear campos magnéticos capaces de cosntituirse en esos "hornos".
    Por supuesto la fusión es más eficiente y limpia, pero de momento es imposible llevarla a cabo.
    Espero poder aclarado un poco sus dudas Sr. Tellagorri, pero en las próximas entradas del blog, versadas sobre el nacimiento de las estrellas abundaremos un poco más en la fusión que ocurre en el núcleo estelar.
    Con el paso del tiempo espero seguir abundando en el tema y llegar al punto de profundizar en el asunto que proponéis.
    Nuevamente le agradezco su visita y su interés.
    Un saludo.

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  4. Sr. Charneguet, bienvenido a este lugar, donde espero ansioso sus visitas y comentarios, sobre todo si se caracterizan por el sentido del humor que demuestra en el que antecede, que la sonrisa es muy necesaria y saludable, y más en estos tiempos.
    De la Constelación del 11-M no tema Ud. que le vaya a caer ningún pedrusco interestelá, que se volatilizaría al hacer su entrada en la atmósfera terrestre, pero lleve un buen casco por si restos de los trenes, de algún teléfono móvil o cualquier resto de explosivo, comienzan a desplomarse sobre nuestras cabezas.
    Procuremos que ningún calvo togado lea esto.
    Gracias nuevamente.

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  5. Veo que poco a poco te vas haciendo un hueco, me alegro.

    Un abrazo.

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  6. Voy y me digo... vamos a pasarnos por el blog del "colaborador" del blog de Tella y me encuentro con un hombre de letras. Lamentablemente el único aporte, modesto eso si, que puedo hacer al post de hoy es que me ha recordado a un simpático anciano del pueblo de mi padre "el Deuterio", el marido de "la Paca" que mirando al cielo de noche sabía que hora era (siempre pensé que era porque tenía un reloj colgado de un árbol).

    Saludos cordiales.

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  7. ADENDA - pero criatura de dios, como tenia el mac en silencio no había visto la lista de reproducción del final, veo que estás entre los elegidos, gente brillante que sabe apreciar la música del más grande.

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  8. ASPIRANTE

    Muchas gracias por la brillante y sencilla explicación de lo solicitado. Da gusto leer cuestiones de Física comprendiéndolas.

    Te pido permiso para insertarlo como Post en mi blog citando al autor, porque hay muchísima gente que gusta de estos temas, y les pasa como a mí : que no tienen bases para entenderlo si no está en forma muy divulgativa.

    Al Gran ISRA le has dado en el centro de su personalidad teniendo música de ELVIS. Está claro que no va dejar de leer ninguno de tus escritos.

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