universo

Ciencias Planetarias

Salamanca 2003

¿ Cómo se formaron los elementos en el universo?

Daniel Galaviz Redondo
Institut für Kernphysik
TU-Darmstadt
redondo@ikp.tu-darmstadt.de

Capítulo 2

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“Al principio creo Dios los cielos
y la Tierra. La Tierra estaba
confusa...”
Libro del Génesis,
Capitulo 1, 1-2

Capítulo 2Página- 2 -

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Salamanca 2003

La astrofísica es una ciencia que desde hace milenios ha mirado al cielo con la esperanza de
comprender qué objetos hay en el universo, cómo se comportan, cómo interaccionan, cómo se
mueven. Pero desde no hace tanto tiempo (principios de la década de los 50), unos físicos
nucleares comenzaron a ver las estrellas como factorías de producción deelementos. Fábricas
con las que, si se sabía como funcionaban, se podría conocer o reproducir la distribución de los
elementos en nuestra naturaleza, en nuestro sistema solar, y en el universo.
Esos físicos nucleares [1] propusieron una serie de procesos en los que diferentes elementos
iban produciéndose por medio de reacciones nucleares, que a su vez explicaban las diferentes
fases de laevolución de una estrella. Era el comienzo de la Astrofísica Nuclear, rama de la física
que nació como unión de la astrofísica y de la física nuclear, y que con el tiempo ha sido
reconocida como una rama propia de la física.
Experimentalmente no es posible tomar una estrella, ver cómo evoluciona, tomar nota de los
diferentes elementos que hay dentro de ella y que se han ido formando, y en suúltima fase
hacerla explotar y anotar el resultado final de dicha explosión. Por ello se toma como referencia
la distribución de los diferentes isótopos dentro de nuestro sistema solar (la cual no ha de ser
necesariamente igual a la del resto del universo), y en base a esos datos se comprueban y
mejoran los modelos usados con el fin de reproducir dichos datos experimentales. La
distribución de losisótopos en nuestro sistema solar puede observarse en la figura 1.
A fin de poder explicar cómo se producen los diferentes elementos en el seno de una
estrella, es necesario diferenciar dos etapas en la evolución de la misma claramente separables:
•
Una fase
diferentes elementos
el plomo.
•
Una fase
llegando a sobrepasar

pre-explosiva, en la que partiendo de hidrógeno se van formandohasta el hierro y el níquel, y una parte de los elementos pesados hasta
explosiva, en la que se forma el resto de los elementos pesados,
el plomo y produciendo uranio.

Al comienzo de la vida de una estrella, su principal componente es el hidrógeno. Partiendo de
esta enorme cantidad de protones, dentro de la conocida cadena p-p, se transforman los núcleos
de hidrógeno en helio. Dichosnúcleos, más pesados que los núcleos de hidrógeno, se sitúan en el
centro de la estrella debido a la fuerza gravitatoria.
Una vez que se ha producido suficiente cantidad de helio, comienza (sin que concluya la
cadena p-p) la fase de quemado del helio, en la que partiendo de tres partículas alpha (4He++) se
forman núcleos de 12C, el cual se coloca nuevamente en el centro de la estrella. Dentro deesta
fase de quemado de helio, una vez creado el 12C, se sigue destruyendo helio, formándose isótopos
como 16O y 20Ne.
Paralelamente a esta fase de quemado del helio, y una vez formado el suficiente carbono, se
forman diferentes isótopos de carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor y neon dentro del conocido
como ciclo CNO. El isótopo 20Ne constituye una especie de punto y seguido dentro de estaprimera fase de la evolución estelar. Partiendo de este isótopo se crean diferentes isótopos de
neon y de sodio en el ciclo Ne-Na, y a continuación se forman diferentes isótopos de magnesio,
aluminio y silicio en el ciclo Mg-Al, concluyendo con la formación de 28Si.

Capítulo 2

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Fig.1 Distribución de los elementos dentro del sistema...