Creando materia.

En la entrada anterior estuve hablando de la fusión de dos estrellas de neutrones y de las diversas consecuencias que tenían y resulta que me dejé casi lo más importante. En mi descargo he de decir que que no soy astrofísico ni físico ni nada parecido, así que si dijo alguna burrada ya pido disculpas por adelantado.

El origen de los elementos.

Hace mucho, mucho tiempo, unos 14.000 millones de años, año arriba, año abajo (quien dice año lo mismo puede decir cientos de millones de años arriba o abajo) algo llamado Big Bang, con una temperatura de cientos de millones de grados (como decía el del chiste, no recuerdo si Celsius o Kelvin) empezó a expandirse y a enfriarse. Al principio sólo había partículas elementales, la fuerza débil y la electromagnética estaban unidas y el Universo era opaco, una sopa de quarks, gluones que no dejaba pasar a los fotones. Al enfriarse se empezaron a formar partículas de las que ya hemos oído hablar: protones, neutrones y electrones. Estos se empezaron a combinar y a permitir pasar a los fotones. Estas partículas no se combinaban de cualquier manera sino que se juntaban principalmente protones y electrones. De vez en cuando montaban un menage a trois con los neutrones y algunos degenerados se llevaban al catre a los neutrones de dos en dos. Al final el Universo estaba lleno de Hidrógeno y sus isótopos. También ser formaba otro elemento más pesado, el triple al menos (dos protones y uno o dos neutrones contra un solo protón) que formaba el 25% de toda la masa. Con toda esa materia suelta y el Universo en plena expansión y enfriándose una fuerza empezó a tomar el control: la gravedad (aquí hay para soltar un rollo guapo de la materia bariónica y la materia oscura, pero eso será para otro día, cuando me entere bien de ello)

En concreto, estoy hablando de la parte izquierda de
esta imagen. Fuente: wikipedia

Ahora tenemos un Universo dominado por la gravedad, llenito de hidrógeno y mucho más pequeño ¿qué es lo que pasa? Pues que la materia se empieza a concentrar, a juntarse aumentando el efecto de la gravedad. Se alcanza un equilibrio hidrostático - ¿lo cualo? Que tiene forma de bola - y se empieza a juntar la masa ¿y qué es una bola de hidrógeno con una gran masa y bajo los efectos de la gravedad? Pues en efecto, es una estrella ... y qué hace una estrella ... Pues principalmente, fusionar hidrógeno para generar más helio, el segundo elemento más ligero. Este elemento se suele ir al centro de la estrella (es más pesado) y se va generando un núcleo de helio y una capa por encima de hidrógeno fusionándose. De momento, no tenemos metales (en astronomía metal es cualquier cosa más pesada que el helio) Llega un tiempo (depende de la masa de la estrella, pero puede ir desde pocos millones de años a unos 10.000 como en el Sol) en que el hidrógeno se agota (cuanta más masa tiene la estrella más hidrógeno quema) con lo que la estrella se "enfría" y se comprime por efecto de su propia gravedad, esto genera más presión y temperatura y empieza a quemar helio y volvemos a empezar.

La diferencia es que el helio se quema más rápido que el hidrógeno y aunque la estrella se vuelve a "calentar" también se queda antes sin combustible. Anteriormente fusionábamos dos núcleos de hidrógeno para generar helio y ahora vamos a juntar tres de helio para formar .... carbono, oxígeno y Magnesio. La estrella (si tiene la suficiente masa) empieza a quemar carbono (en el sentido nuclear, no en el químico) se quema todavía más rápido y forma neón, sodio y otra vez oxígeno junto con neón. El neón en lugar de quemarse se desintegra mediante la acción de los fotones en oxígeno y magnesio.

Esto sí que es una fusión y no lo de Pitingo. Fuente: wikipedia

El asunto es que la estrella va sufriendo sucesivas etapas de enfriamiento-compresión-calentamiento lo que llega a generar hierro y cuando el hierro se quema tiene un problema ... que necesita tanta energía para quemarse como la que desprende (hasta ahora las energía liberada siempre era mayor que la necesaria para producir la combustión nuclear) y aquí la estrella se dedica a quemar material, pero sin producir nada nuevo.

Los seres vivos de La Tierra están compuestos principalmente por cuatro elementos: hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. El hidrógeno viene del big bang, el resto de nuestros componentes se han formado dentro de las estrellas.

Nebulosa planetaria. Fuente: Wikipedia

¡un momento! Si se forma hasta el hierro ¿de dónde salen el resto de los elementos más pesados? Buena pregunta. Pues una vez nos hemos puesto a quemar hierro resulta que el aporte energético es negativo en lugar de positivo, con lo que la estrella ya no es capaz de sostenerse a sí misma. Tenemos un montón de materia sin ninguna presión que la haga sostenerse y un punto central que "atrae" a toda la masa ¿qué pasa ahora? Pues que la estrella colapsa y en ese proceso que es muy rápido tenemos materia diversas, energía por un tubo neutrones sueltos ... y formamos nuevos elementos, más pesados que el hierro. Toda esta fusión de elemento produce una cantidad ingente de neutrinos que por lo general son "transparentes a la materia" (no es del todo cierto, interaccionan con el núcleo atómico, pero como casi todo el átomo está vacío, pues como si lo fueran) pero como se generan en tal cantidad se produce una onda de choque de hacer saltar por el espacio las capas exteriores. El núcleo puede colapsar a un agujero negro, una estrella de neutrones, una enana blanca, ... pero mientras, ha puesto todos los alrededores perdidos de cochinadas varias. A esto se le conoce como supernova.

Estas cositas se mezclan luego con las nubes de hidrógeno y producen las estrellas de segunda generación, con un grado de metalicidad (recordemos, elementos más pesados que el helio) mucho mayor. Con las caquitas que no quiere nadie se forman cosas como planetas, asteroides, cometas, etc ... Para que te hagas una idea, de toda la masa del Sistema Solar (Nube de Oort incluida) El Sol es más del 99%. Del resto, dos tercios aproximadamente es Júpiter.

Pues esto justificaba parte de los elementos pesados ... pero no todos ni los más pesados. Al parecer no había suficiente energía ni suficientes neutrones para formar los elementos más pesados como el oro ¿y donde hay neutrones para aburrir? Pues en las estrellas de neutrones. Para que te hagas una idea, se calcula que si el átomo tuviera el tamaño de una catedral de buen tamaño (la de Burgos no vale, es muy bonita pero no muy grande), el núcleo tendría el tamaño de una pelota de tenis. Pues ahora, coge la pelota de tenis y ábrela y suponte que está llena de canicas muy pesadas y llena la catedral de esas canicas ... ¿a que pesa? Pues piensa que eso es el tamaño de un átomo, ahora ese átomo, extiéndelo a 20 kms ... pero a escala 1:1 (vamos, reduce la catedral a tamaño atómico, pero con la misma masa) y eso es una estrella de neutrones. Ahora haz chocar dos (parece jodido, pero debe haber por ahí estrellas de esas por un tubo si en la vida de LIGOS ya hemos detectado una colisión) y tienes materia, energía, neutrones a tutiplen (y no está de mas recordar que en cuatro de hora la mitad de los neutrones se convierten en protones, electrones y antineutrinos) al colisionar dos de estas estrellas se genera materia pesada que es dispersa por el Universo (se calcula que esta fusión de estrellas de neutrones ha creado oro en una masa equivalente a varias veces la masa de La Tierra)

Toda esa porquería cósmica se acaba dispersando y formando estrellas, planetas, asteroides y depositándose sobre cuerpos ya creados (en la formación de La Tierra los elementos pesados se van al centro de la misma, los elementos pesados que encontramos en la corteza han tenido que llegar luego)

Y esto es la parte importante que se me había olvidado en la entrada anterior. Los elementos pesados que se generan el la fusión de dos estrellas de neutrones.

- ¿Acaso insinúas que todos mis elementos vienen de las estrellas?

- En efecto.

- Anonadado me quedo.

Ondas gravitacionales

He de reconocer que no me prodigo mucho con el blog pese a las numerosas peticiones recibidas una petición de un colega así que hoy por lo menos voy a hacer un esfuerzo, a ver que sale.

A ver. Atentos todos, que sólo lo voy a decir una vez. Fuente: propia

La cuestión es que hace unos cuantos años unos chalaos esos que les da por mirar por telescopios y por cosas más extrañas se les ocurrió rizar el rizo y buscar algo que la teoría de Einstein predecía pero que era difícil de narices de comprobar: las ondas gravitacionales. El problema de las ondas es que se atenúan con la distancia (con el cuadrado de la misma si no me equivoco) y como se generan muy lejos, como lo que llega es un infinitésimo de la misma ... y menos mal, porque si se produjeran cerca íbamos a tener un problema bastante gordo, similar al la diferencia de detectar un terremoto estando sobre el epicentro o a miles de kms, pero a una escala con bastante ceros superior. Si un terremoto gordo mueve energías del orden de megatones, la primera detección de LIGO fue causada por una energía equivalente a disipar la masa equivalente a varias veces la masa del sol (no sé si era media docena o así) Para que nos hagamos una idea, según la wikipedia, la aniquilación de 250 gramos de antimateria (con otros 250 gramos de materia, claro) produce unos 10 megatones (la bomba atómica más potente jamás detonada en la Tierra tenía unos 50-60). Puede que la cifra sea inexacta, tanto me da que produzca un megaton, diez o 10 kilotones ... extrapolemos eso a la masa del Sol y sale un pepinazo de dimensiones más que considerable. Por suerte eso se atenúa con la distancia y aquí no nos enterábamos hasta ahora.

Ondas gravitacionales. Fuente: Wikipedia.

El chisme que detecta estas ondas en un cacharro digamos ... "interesante" La teoría es simple. Se ponen dos tubos perpendiculares y unos láseres con unos espejos que dejan pasar parcialmente la luz. En el espejo central las ondas se anulan entre ellas, salvo cuando llega una onda que "alarga" uno de los brazos y entonces se puede medir la diferencia de las ondas, vamos, lo que viene a ser un interferómetro de los que se llevan usando tiempo. Claro que si tenemos en cuenta que tiene que detectar ondas de una longitud entre 43 y 10.000 kms la cosa ya se complica (lo que se puede detectar va en función de la longitud de onda, es decir, necesitas una antena con polos de la misma longitud de onda o una división determinada de la misma, pero eso es otro apartado y yo no lo controlo) Pues para medir estas onda se han construido un par de brazos de .... 4 kms de largo (ya solo el hacer la obra para tirar el brazo recto debe ser la leche, incluso supongo que con esa distancia ya le afecta la curva de la Tierra) y meter un par de láser que con su potencia llegan a curvar los espejos (principio de acción-reacción) y lo cachondo es que tengo que medir fluctuaciones del orden de ... la diezmilésima del tamaño de un átomo de hidrógeno (eso, a cuatro kms o mejor dicho, ocho kms cuatro de ida del láser y cuatro de vuelta) La cuestión es que tras años de búsquedas, pruebas y refinamientos varios el 14 de septiembre de 2015 consiguen el primer positivo: las ondas generadas por la fusión de dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno a unos 1.300  millones de años luz. Por primera vez hemos "escuchado" el ruido del universo (miento como un bellaco, pero queda bonito, aunque gravitatoriamente hablando, sí es verdad)

La cosa ha sido tan relevante que al año siguiente les dieron el premio Nobel, en 2017. Sí, lo he dicho bien porque los resultados de la detección no se publicaron hasta 2016 porque estaban asegurándose de que no fuera un falso positivo o datos introducidos intencionadamente para verificar que el análisis de los mismos era efectivo (se introdujeron varias veces falsos positivos para asegurarse de que todos los procesos de análisis eran correctos)

No viene a cuento, pero mira que foto más chula desde la torre del
Ayuntamiento de Estocolmo (aquí se da el banquete y el baile de los Nobel,
abajo, no en la torre) Fuente: propia

Lo interesante es que en un año y poco se han producido ya las detecciones de cinco ondas gravitacionales cuatro de ellas provenientes de la fusión de agujeros negros, con lo que no se ha podido analizar nada más que la onda (de un agujero negro nada se escapa, ni rayos X, ni gamma, ni nada, como mucho, la radiación de Hawking) pero la gracia es la de la última detectada (17 de agosto de 2017, ya que no sé la fecha en que alguien leerá esto) fue una fusión de estrellas de neutrones (una muy cachonda y excelente definición de una estrella de neutrones es que es un átomo muy gordo, sólo de neutrones y de unos 20 kms de diámetro, pero con la masa equivalente a unos cuantos soles) y aquí si se pudieron hacer medidas con otros parámetros: telescopios de Rayos-X, de rayos gamma, ópticos, .... Entre otras cosas parece demostrar algo que ya se sospechaba, que el origen de los GRB (Gamma Ray Burst) es la fusión de dos estrellas de neutrones. Estas GRB también parecen ser bastante frecuentes.

De aquí salen algunas cosas interesantes:

- Los GRB sólo se detectan cuando se encuentran en plano bastante perpendicular a la Tierra. Si hemos detectado unos un cuantos en un tiempo relativamente cortodeben ocurrir unos cuantos más ... y habida cuenta que se producen cuando se fusionan dos estrellas de neutrones y éstas deberían estrellas colapsadas a partir de otras mayores pero sin la suficiente masa para ser un agujero negro ... parece ser que hay muchos pares de estas estrellas.

- LIGO (y VIRGO, su hermano europeo) han detectado cinco ondas en un año .. cuatro de ellas se corresponden con fusiones de pares de agujeros negros (o eso parece) y aunque las estrellas se suelen formar por parejas o grupos mayores (en efecto, el Sol es una excepción, no parte de la regla) que dos estrellas decaigan al final de su vida en dos agujeros negros que converjan uno sobre otro ... pues parece que no estaba muy modelado.

Hablando con un amigo, Alberto Fernández Soto que de esto sabe muchísimo más que yo (yo creo que va a ser porque él es astrofísico y yo no, sobre todo) me comentaba que eso puede indicar que hay más agujeros negros de un tamaño de los que estaba previsto y habrá que darle otra vuelta a la forma de ver el Universo, que alguna cosilla cambia. También me ha comentado que estaba mal la parte en que me refería a los FRB (Fast Ray Burst) y que debería hablar de GRB.

¿Que si es publicidad del libro de un colega? Pues sí ¿pasa algo?

Hay que reconocer que son tiempos interesantes para la astronomía.

¿Ya hemos acabado? Pues me voy a echar la siesta. Fuente: Propia