El combustible de las estrellas. Fusión del hidrógeno.

No ha sido fácil el camino hasta llegar a conocer (y todavía quedan muchas cuestiones por resolver) la manera en la que el Sol genera energía. Antes de nada, si acabas de llegar aquí, hay muchas cosas que doy por sabidas. Si quieres aprender más, te recomiendo que empieces a leer este blog desde el principio... en poco tiempo lograrás entender esta entrada mucho mejor (esa sería la idea, al menos). Volviendo a la energía que genera el Sol, el gran salto lo dimos en 1896, con el descubrimiento de la radiactividad, por Henry Becquerel y más tarde, en 1905, con el genial A. Einstein y su teoría de la relatividad. Su famosa ecuación E=mc2 hizo pensar a muchos que quizás eso era realmente lo que estaba pasando en el Sol, aunque no sabían cómo. Tuvieron que pasar 21 años para que alguien se atreviera a explicarlo. Fue Arthur S. Eddington, en su obra "The internal constitution of the stars". Dos átomos de hidrógeno se fusionaban formando uno de helio...

Arthur Eddington

Pero todavía quedaban cosas por explicar. ¿Cómo es posible que se junten dos protones, si éstos se repelen entre si? (Los protones tienen cargas positivas y las cargas del mismo signo se repelen, y mucho). Así que para que eso suceda deberemos someterlos a altísimas temperaturas. Y aquí es donde entra George Gamow to save the day. Fue en 1928 con su teoría del Efecto Túnel. Bueno, no es fácil de entender... pero ¿Quién dijo que la física cuántica fuera fácil?. El caso es que existe una mínima probabilidad de que dos protones en movimiento (dos átomos de hidrógeno) choquen como por arte de magia. Uno de ellos, superará la barrera de la fuerza electrostática (que hace que sus trayectorias nunca se junten) y aparezca junto al otro como si "hubiera cruzado un túnel". En realidad es cuestión de estadística. 

George Gamow.

Vale. Ahora "solo" quedaba explicar cómo podía el hidrógeno acabar siendo helio. Y no se encontró una manera sino dos: El ciclo del carbono (Ciclo CNO, Carbono-Nitrógeno-Oxígeno) y el ciclo protón-protón. Voy a resumirlas lo mejor que pueda. Obviamente, los cálculos son complejos, con fórmulas y datos estadísticos que demuestran la veracidad del proceso... pero no nos interesa llegar tan lejos, ¿no?

Primero quiero explicar la reacción protón-protón, ya que es más sencilla:

Dos átomos de hidrógeno se unen formando un átomo de deuterio emitiendo además un positrón y un neutrino. (Al principio, el hecho de que solo haya hidrógeno en la estrella significa que no existen neutrones. El proceso para que un protón se convierta en un neutrón conlleva la emisión de un positrón (electrón de carga positiva) y un neutrino (partícula sin masa ni carga y que ahora está bastante de moda). Este proceso se llama decaimiento Beta). Bueno, el caso es que el deuterio se junta con otro átomo de hidrógeno, y forma un átomo de helio con solo un neutrón más la emisión rayos Gamma. Finalmente, dos átomos de ese isotopo de helio de un solo neutrón chocan entre si y forman, ahora sí, un átomo de helio más dos átomos de hidrógeno. 

En el ciclo del carbono, obviamente, interviene el carbono. Hay que pensar que en las estrellas hay mucho hidrógeno y mucho helio, pero normalmente también otros elementos como el carbono, sobretodo en las grandes. 

Así, un protón chocaría con un átomo de carbono de 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones que pasarían a ser 7 protones, 6 neutrones y 7 electrones, es decir, un átomo de nitrógeno. Por el camino, habrá soltado rayos Gamma. El átomo de nitrógeno resultante soltará ahora un positrón y un neutrino, convirtiéndose de nuevo en un átomo de carbono (pero ahora con 7 neutrones en lugar de 6). El carbono choca con otro átomo de hidrógeno y, de nuevo, vuelve a convertirse en nitrógeno, 7 protones y 7 neutrones que chocará con otro protón dando como resultado un átomo de oxígeno (8 protones y los 7 neutrones) más los respectivos rayos Gamma. El oxígeno resultante es radiactivo, con lo que, pasado un tiempo, decaerá, emitiendo un positrón y un neutrino, y convirtiéndose de nuevo en un átomo de nitrógeno, esta vez con 7 protones y 8 neutrones. Pues bien, este átomo de nitrógeno con 8 neutrones se juntará, de nuevo, con un átomo de hidrógeno, que podrá decaer de nuevo en carbono tras soltar una partícula alfa o lo que viene a ser un átomo de helio. 

Probablemente ya te haya estallado la cabeza, y lo entiendo. Pero observa que he subrayado las veces que actuaba un átomo de hidrógeno y han sido 4. Y hemos empezado con un átomo de carbono y hemos acabado con un átomo de helio y un átomo de carbono. El carbono nos ha ayudado a convertir los átomos de hidrógeno en helio. 

En ambos ciclos, conseguimos, helio, energía y radiación. Y eso es lo que está generando a mansalva nuestra querida estrella Sol. 

Tienes que tener en cuenta, eso sí, que estas reacciones tienen lugar en el núcleo del Sol, donde la temperatura y la presión son enormes. La radiación Gamma nos llega, tras haber atravesado todo el Sol, en forma de radiación menos enérgica (Rayos X, ultravioleta o luz visible). Sé que he dicho en alguna ocasión que a la Tierra nos llegan rayos Gamma del Sol, pero estos se crean en las explosiones nucleares que se producen en la superficie del Sol (fulguraciones). 

Fulguración solar.