Cómo las estrellas generan energía

El sol: un equilibrio de fuerzas

Ponemos gasolina en nuestro automóvil, usamos gas en nuestras estufas y comemos alimentos por la misma razón: para generar energía. Una estrella, como nuestro sol, también debe generar energía; de lo contrario, se encogería hasta convertirse en un cuerpo muy denso y pequeño.

Actualmente, el sol se mantiene estable y equilibrado gracias a una fuerza compresiva hacia adentro, la gravedad, y una fuerza expansiva hacia afuera, la presión del gas. Esta lección echará un vistazo al interior del núcleo de nuestro sol para ver qué sucede allí dentro que produce tanta energía para mantener estable nuestro sol, para mantenerlo encendido y para mantenernos calientes aquí en la Tierra.

Fusión nuclear

El proceso que ayuda a nuestro sol a generar energía a partir de núcleos atómicos se llama fusión nuclear . La fusión nuclear es un proceso que combina núcleos para liberar energía. La palabra ‘fusión’ debería advertirle sobre el hecho de que las cosas se fusionan o se juntan. No confunda la fusión nuclear con la fisión nuclear, que es una reacción que rompe los núcleos atómicos en pequeños fragmentos. La fisión nuclear es utilizada por plantas de energía nuclear aquí en la Tierra. Pero el sol usa la fusión nuclear.

La reacción de fusión nuclear más importante que debemos comprender es aquella en la que cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de helio más ligero. Un núcleo de hidrógeno contiene un solo protón, mientras que un núcleo de helio contiene dos protones y dos neutrones. Cuando nuestro sol fusiona estos núcleos de hidrógeno, el núcleo de helio tiene menos masa que los cuatro núcleos de hidrógeno. Esta pérdida de masa se convierte en energía.

Cuatro hidrógenos se combinan para crear un helio

Esta reacción se puede resumir con una ecuación bastante sencilla, que se muestra arriba. Allí, puede ver cómo se combinan cuatro protones de hidrógeno para producir helio y energía. Pero esta es una simplificación excesiva, desafortunadamente. La realidad es mucho más compleja y vamos a adentrarnos en algo ahora mismo. Creo que escuché un gemido en alguna parte.

La cadena protón-protón

Verá, las posibilidades de que cuatro núcleos de hidrógeno colisionen entre sí simultáneamente cerca del centro del sol, donde ocurren las reacciones nucleares, son pequeñas. Por lo tanto, la realidad es que un proceso escalonado de tres reacciones nucleares que construyen un átomo de helio, llamado cadena protón-protón , es la forma en que el sol realmente obtiene su energía.

Esto es lo que implica la cadena protón-protón.

Paso uno: colisionan dos protones (nuestros núcleos de hidrógeno). Algo conocido como la fuerza fuerte , una fuerza que une protones y neutrones dentro de los núcleos atómicos, es lo que hace que los protones se unan. La fuerza débil , una fuerza involucrada en ciertos tipos de desintegración radiactiva, hace que uno de los protones de hidrógeno se convierta en un neutrón. Esta combinación de un protón con un neutrón en este paso produce un núcleo de hidrógeno más pesado que llamamos deuterio.

Un subproducto de esta primera reacción es la emisión de un positrón , un electrón cargado positivamente, y un neutrino , una partícula subatómica neutra, casi sin masa, con una velocidad cercana a la de la luz. El positrón se combina con un electrón normal para formar fotones de rayos gamma. ¡Estos fotones proporcionan energía que refuerza el calor interno de nuestro sol!

Paso dos: el núcleo de hidrógeno más pesado choca con otro protón. Esto forma un núcleo de helio ligero que tiene dos protones y un neutrón. Esta reacción libera otro fotón de rayos gamma que, una vez más, refuerza el calor interno de nuestro sol.

Paso tres: dos núcleos de helio livianos, cada uno formado a partir de dos instancias separadas de los pasos uno y dos, se combinan en este paso final. Esta reacción forma helio normal (dos protones y dos neutrones) y dos núcleos de hidrógeno separados. Cuando se liberan estos dos núcleos de hidrógeno, la energía de su movimiento ayuda a mantener el calor interno del sol.

En resumen, la energía que se libera en la cadena protón-protón se produce gracias a los positrones, los rayos gamma y los movimientos de todas las partículas de la reacción. Pero la formación de un núcleo de helio produce muy poca energía y, por lo tanto, el sol tiene que transformar millones de toneladas de materia en energía cada segundo.

Resumen de la lección

En resumen, la fusión nuclear , un proceso que combina núcleos para liberar energía, es lo que mantiene vivo nuestro sol. La fusión nuclear implica un proceso escalonado de tres reacciones nucleares que forman un átomo de helio, algo llamado cadena protón-protón . Así es como cuatro núcleos de hidrógeno se convierten en un núcleo de helio con una liberación simultánea de energía.

En el primer paso, chocan dos protones. La fuerza fuerte , una fuerza que une protones y neutrones dentro de los núcleos atómicos, es lo que hace que los protones se unan. La fuerza débil , una fuerza involucrada en ciertos tipos de desintegración radiactiva, hace que uno de los protones de hidrógeno se convierta en un neutrón.

Hay dos subproductos de esta reacción, un positrón , un electrón cargado positivamente, y un neutrino , una partícula subatómica neutra, casi sin masa, con una velocidad cercana a la de la luz misma. El positrón se combina con un electrón normal para formar fotones de rayos gamma. Estos fotones proporcionan energía que mantiene caliente al sol.

En los siguientes dos pasos, las adiciones adicionales de protones y las colisiones de helio liviano producen más fotones de rayos gamma y liberan núcleos de hidrógeno, cuyo movimiento también contribuye al calor interno del sol.

Los resultados del aprendizaje

Al completar esta lección, debe estar preparado para:

• Explicar la fusión nuclear y recordar la ecuación simplificada para ella.
• Resumir la cadena protón-protón
• Definir fuerza fuerte, fuerza débil, positrón y neutrino

Rodrigo Ricardo Editor y fundador