Thread by @BTeseracto

En el Big Bang se formaron los elementos más ligeros. En las reacciones de fusión nuclear de las estrellas se forman elementos más pesados, pero solo hasta llegar al hierro. Entonces, ¿de dónde salen el resto de los elementos de la tabla periódica? Hablemos sobre ello.

A diferencia de los elementos más ligeros, no hay forma de que estos elementos se formen por reacciones de fusión nuclear. Esto es así debido a que son reacciones que en lugar de liberar energía la necesitan para llevarse a cabo.

Para entender esto, debemos tener en cuenta que la energía resultante de la fusión nuclear es debida a la diferencia de masa entre los nucleones (neutrones y protones) de partida y los de salida, siendo mayor la de los primeros. Esta diferencia de masa se traduce en energía.

La culpa de todo la tiene la energía de enlace por nucleón. Es decir, lo fuerte que están unidos los nucleones los unos con los otros. A mayor energía de enlace, menor masa de la suma de todos sus componentes. Y el hierro es el elemento con mayor energía de enlace.

Todos quieren ser como el hierro, por eso los elementos más ligeros tienden a fusionarse y los más pesados a fisionarse. Debido a esto, cuando el núcleo de las estrellas llega al hierro ya no puede extraer energía de la fusión nuclear y esto desencadena su colapso.

Pero el hierro no es ni de lejos el elemento más pesado de la Tierra. Es probable que tengas joyas de oro o plata en casa, o que hayas oído que los reactores nucleares funcionan con uranio. Todos ellos elementos con muchos protones y neutrones, muchos más que el hierro.

Si descartamos los cauces habituales para formar elementos, debemos asumir que necesitamos uno nuevo. Y este nuevo cauce es la captura neutrónica. Para entendernos, puede suceder que un núcleo capture a un neutrón.

Esta captura dará pie a una configuración inestable, lo que llevará al núcleo a realizar un decaimiento beta. O lo que es lo mismo, el neutrón que está en exceso se descompondrá en un protón y un electrón.

La cantidad de protones que tiene un núcleo es lo que define de qué elemento se trata, como ahora tiene un protón más, tenemos que el núcleo resultante pertenece a un elemento más pesado.

Este proceso de captura neutrónica puede darse mediante dos vías diferentes. La vía rápida y la lenta. Cada una de las cuales se dará en unas circunstancias diferentes.

Empecemos por la captura lenta, también conocida como proceso s (del inglés slow). En este caso se produce la captura de un único neutrón a la vez, el cual sufrirá un proceso de decaimiento beta antes de que el núcleo pueda capturar otro.

Esto lo podemos ver en el esquema realizado por Jonas Lippuner del laboratorio nacional de los Álamos, también autor de los dos próximos esquemas que pondremos en el hilo.

Dicho proceso ocurre en estrellas más masivas que el Sol durante su fase de gigante roja. La lentitud de la captura se compensa con la cantidad de tiempo durante la que se desarrolla el procedimiento, ya que esta fase puede alargarse durante miles o incluso millones de años.

Por otra parte, la vía rápida es mucho más explosiva. Se la conoce como proceso r y, al contrario que en el caso del proceso lento, aquí llegan a entrar una gran cantidad de neutrones al núcleo antes de llegar a decaer.

Este hecho da como resultado un gran número de emisiones de electrones de decaimiento beta que a su vez aumenta el número de protones del núcleo, obteniendo así elementos nuevos. Dicha reacción sucede en segundos en condiciones de alta temperatura y densidad de neutrones.

Solo hay dos lugares en el Cosmos donde algo así pueda suceder:
•En estallido de una estrella como una supernova
•En una estrella de neutrones, en concreto, en la colisión de dos de estas.

A la explosión resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones se la conoce como kilonova, y se estima que podría ser uno de los principales productores de procesos r. Este proceso se puede ver de forma esquemática en la ilustración de Jonas Lippuner.

Para terminar, tenemos la gráfica del mismo autor donde podemos ver la contribución de cada uno de estos procesos a la hora de generar los diferentes elementos, además de su abundancia relativa.

Así que sí, venimos de estrellas muertas, tanto del momento de su muerte como de procesos que tienen lugar posteriormente, como las colisiones de estrellas de neutrones. En este universo se aprovecha todo.