Las estrellas: fábricas de los elementos químicos del universo

Las estrellas: fábricas donde se forman los elementos químicos

Las estrellas son el lugar donde se forman los elementos químicos. La naturaleza de los distintos elementos químicos varía según el número de protones, que es igual al número de electrones que posee cada átomo. Los átomos con 1 protón son de hidrógeno, con 2 protones de helio, con 3 de litio, con 4 de berilio y así sucesivamente.

Hasta ahora se sabe que los núcleos de hidrógeno, helio y una pequeña cantidad de litio (que constituyen más del 99% de la materia del universo) se formaron durante la era de la nucleosíntesis, entre el primer segundo y los 10⁶ años después del Big Bang, que marcó el inicio del universo.

¿Es posible que los demás elementos químicos se hayan formado de un modo u otro a partir de hidrógeno y helio?

La respuesta es afirmativa si se cumple una determinada condición: que la temperatura sea suficientemente elevada para que se lleven a cabo reacciones de fusión termonuclear. Cuando en la protoestrella se alcanzan temperaturas críticas de unos 10×10⁶ ºC, los núcleos de los isótopos de hidrógeno colisionan con tal violencia que logran acercarse a distancias tan pequeñas que permiten actuar a las poderosas fuerzas nucleares, dando lugar a los núcleos de helio.

Las estrellas son los únicos puntos del universo donde se alcanzan temperaturas similares a las que existieron en la era de los átomos y de la radiación. Para conocer cómo y dónde aparecieron los demás elementos químicos, debemos estudiar los procesos que tienen lugar en el nacimiento, vida y muerte de las estrellas en el seno de las nebulosas.

Estrellas y nebulosas

Las estrellas nacen en las regiones frías del medio interestelar, en el seno de nubes de pequeño tamaño pero de gran masa, llamadas nebulosas. Al igual que el ser humano, viven, envejecen y mueren cuando se agota su combustible, al cabo de miles de millones de años. Las estrellas son enormes esferas gaseosas de hidrógeno y helio. Estos gases, tan calientes, alcanzan temperaturas tan elevadas que convierten el interior de las estrellas en una gigantesca bomba de fusión termonuclear. La bomba no explota, sino que la estrella se mantiene y emite gran cantidad de energía radiante.

• Las nebulosas son nubes gaseosas de hidrógeno, helio, elementos químicos pesados en forma de polvo cósmico y cierta cantidad de compuestos orgánicos.
• Se forman por causas diversas y pueden ser oscuras o brillantes y de hermosos colores.

Estrellas de neutrones y agujeros negros

Como consecuencia de la implosión, el núcleo de la supergigante roja sufre una compactación tan extraordinaria que queda convertido en una estrella de neutrones o, si la estrella era muy masiva, en un agujero negro cuya densidad es tan grande que ejerce una poderosa atracción gravitatoria sobre todo lo que pasa por su entorno, incluida la luz.

Una estrella como el Sol

Cuando la nebulosa comienza a derrumbarse bajo el influjo del tirón hacia dentro de su propia gravedad, se fragmenta en glóbulos más pequeños, a partir de los cuales se forman protoestrellas, que giran alrededor de su eje, donde continúa actuando el colapso gravitatorio, que provoca que la velocidad del giro crezca.

La protoestrella inicial se hace cada vez más compacta y aumenta su densidad, lo que favorece las colisiones entre los átomos de hidrógeno. El incremento de la frecuencia de estas colisiones aumenta la temperatura del hidrógeno hasta alcanzar el valor crítico de unos 10×10⁶ ºC, suficientemente elevado para permitir la fusión termonuclear del hidrógeno y formar helio, que se va acumulando en el núcleo de la estrella y, con la emisión de una gran cantidad de energía, se enciende la estrella.

Esta enorme energía liberada tiende a hacer explotar la estrella si no fuera porque a su componente expansiva se le opone la fuerza de la gravedad, que tiende a colapsarla. Pero ambas fuerzas se equilibran y la estrella permanece estable hasta que consume todo el hidrógeno, pasando por distintas etapas: gigante roja, nebulosa planetaria, enana blanca y enana negra.

Estrellas gigantes o azules

En las estrellas de mayor masa que el Sol, la protoestrella se convierte en estrella gigante de un modo similar al anterior, pero al consumir más cantidad de energía emite una luz intensa y azulada. Cuando estas estrellas consumen todo el hidrógeno se inflan y se convierten en supergigantes rojas. Cada una de sus capas alberga un proceso diferente de reacción de fusión termonuclear que forma un elemento químico distinto, hasta que se sintetiza el hierro, el elemento más estable de la naturaleza. Todas estas reacciones de nucleosíntesis desprenden energía, pero la última de ellas, que da lugar a la síntesis del hierro, no libera energía, sino que la consume.

Supernovas: el polvo de las estrellas

La fase de explosión de la estrella es un final y terrible estallido. En su holocausto nuclear se sintetizan los elementos químicos más pesados que el hierro, que se dispersan por el espacio intergaláctico junto con el resto de elementos originales del interior de la estrella. Estos elementos pesados contaminan las nebulosas cercanas y la onda expansiva generada por la explosión desencadena el colapso gravitatorio de otras nebulosas, que forman protoestrellas. A partir de ellas surgen nuevas estrellas más ricas en elementos pesados, y algunas presentan sistemas planetarios a su alrededor.

No solo nuestro planeta debe su existencia a las supernovas, también la materia orgánica que procede de estas antiguas estrellas, cuya luminosa extinción por los granos de vida, todos los seres vivos e inanimados somos polvo de estrellas.