NUCLESINTESIS.

 COSMOGENESIS

El suceso que traza el inicio de nuestra historia, como universo, es la llamada explosión del Big Bang que sucedió aproximadamente hace 15 mil millones de años. Esta teoría cosmológica afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura. Después de la expansión inicial, el universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde simples átomos.

Evidencia experimental del Big Bang:

1. Corrimiento al Rojo: Al comparar el espectro de absorción del Sol con los de estrellas semejantes en galaxias muy lejanas a nosotros se observan las mismas líneas pero con una interesante diferencia: las líneas del espectro de las estrellas lejanas están corridas hacia el rojo. Este fenómeno llevó a la conclusión de que esas galaxias están alejándose de nosotros ya que se sabe que cualquier objeto que se aleje de un observador y que emita ondas, como la luz, hará que el observador perciba ondas de mayor longitud.

1. La radiación de fondo: En 1965 Penzias y Wilson dirigieron su antena de radiofrecuencia hacia diferentes direcciones del lejano espacio exterior detectaron radiación de muy baja energía en la zona del espectro de las microondas que provenían de todas las regiones lejanas a las que apuntaran. Su distribución espacial era muy uniforme. Al hacer sus cálculos concluyeron que esa radiación correspondía a una temperatura de apenas 2.73 K. Su espectro se comporta casi exactamente como el de un cuerpo negro a esa temperatura. Esta radiación se ha interpretado como el eco que quedó de aquella gran explosión inicial que dio origen al Universo y es una de las principales evidencias experimentales que apoyan la teoría del Big Bang.

1. Abundancia de los elementos: Es el resultado de muchas observaciones sobre la composición de las estrellas por medio de técnicas espectroscópicas que muestran que la abundancia actual de dos elementos químicos ligeros expresada en porcentaje de masa es de 73.9% de hidrógeno y 24.0% de helio. Es decir, hay aproximadamente 11 átomos de hidrógeno por cada uno de helio. El 2.1% de la masa restante conforma todo los demás, incluyendo al resto de los elementos químicos de la tabla periódica.

NUCLEOSINTESIS

La nucleosíntesis es el proceso mediante el cual se forman nuevos elementos químicos a partir de reacciones atómicas. Y existen principalmente de 3 tipos:

1. Nucleosíntesis Cosmológica: Un instante después de que sucedió la gran explosión y la temperatura era de 1010 K, neutrones y protones existían en equilibrio. El primer paso esencial era la formación de núcleos más complejos a través de la combinación de un neutrón y un protón para formar deuterio ( 2H). Esto se logró a causa de la expansión del universo y una gran caída de la temperatura hasta 109 K. El producto de la principal reacción nuclear fue el 4He, en menores cantidades se formó 2H, 3H, 7Li.

Con la continua expansión y deceso de densidad del universo, este bajo su temperatura a tal grado que las reacciones nucleares no fueron posibles.

1. Nucleosíntesis Estelar: En esta sección se centra en la nucleosíntesis durante la evolución de las estrellas que se forman del polvo del Big Bang.

1. Fusión de Hidrogeno: En la mayoría de las estrellas este proceso se lleva a cabo, donde esta reacción genera energía produciendo Helio a partir de Hidrogeno.

1. Fusión de Helio: En esta secuencia la estrella es vieja entrando en la clasificación Gigante Roja. La fusión de Hidrogeno sigue ocurriendo en las capas intermedia de la estrella. 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 de dos pasos, conocido como proceso triple alfa (ya que a los núcleos de He también se les conoce como partículas alfa). Dos núcleos de 4He se fusionan para originar uno de 8Be, que es poco estable, por lo que es susceptible de fusionarse a su vez con otro núcleo de 4He, para formar un núcleo de 12C, que sí es muy estable.

En estas condiciones también pueden producirse núcleos de 16O, al fusionarse un núcleo de 12C con otro de 4He.

1. Nucleosíntesis Explosiva: Después de que una estrella masiva pasa por la etapa de gigante roja el núcleo de la estrella tendrá nuevas condiciones que conllevaran a una contracción gravitacional mayor al igual que un aumento de temperatura, lo que permitirá la fusión del carbono, donde participan núcleos de 12C y 16O , produciendo 20Ne, 28Si, 24Mg. Posteriormente  se produjo la fusión del silicio donde se formaron los núcleos de 24Mg, 32S, 36Ar, 40Ca, 44Sc. 48Ti, 52Cr y 56Fe.
2. Formación de elementos pesados / R- process: Este proceso forma los elementos mas pesados en la naturaleza. Genera una enorme variedad de isótopos de Fe y de otros elementos más pesados que éste, los cuales son poco estables y decaen emitiendo electrones del núcleo convirtiéndose así en núcleos de mayor número atómico hasta llegar al Uranio (z=92).
3. Proceso S: Este proceso sigue el mismo mecanismo que el proceso R, solo que a diferencia de este último en el cual se forman los isotopos más pesados de determinado elemento, el proceso S forma los isotopos ligeros de los elementos pesados.

1. Nucleosíntesis interestelar:  Después del repaso previo donde se comentaron los diferentes mecanismos de formación de elementos muy conocidos de la tabla periódica omitimos 3 de nuestro escenario. Esto debido a que estos tres elementos son extremamente frágiles y no pudieron sobrevivir en la nucleosintesis estelar. Aquellos núcleos de elementos tienen origen por medio de colisiones a velocidades cercanas a la de la luz que ocurren en los rayos cósmicos.

Los rayos cósmicos en realidad no son radiación sino partículas cargadas La colisión a esas enormes energías cinéticas da como resultado la fragmentación de los núcleos atómicos involucrados en la colisión. Por eso a este proceso se le llama astillamiento o espalación, también se le conoce como el proceso X. A través de este proceso se forman los núcleos de 6Li, 9Be, 10B y 11B.

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