Las Estrellas
Las estrellas se forman a partir de la materia que, en forma de gases y polvo cósmico, está diseminada en la inmensidad del espacio interestelar.
- Se suele distinguir a las estrellas de los cuerpos celestes por tener luz propia.
- Una estrella típica es una enorme masa constituida por materia a altísimas temperaturas, que libera cantidades colosales de energía por medio de ondas electromagnéticas de distintos tipos.
- Las estrellas se pueden diferenciar entre sí por su brillo aparente, es decir, el que se observa a “ojo desnudo” desde nuestro planeta. Esta medida de brillo se llama magnitud.
- Las estrellas no se distinguen solo por su brillo, sino también por su color.
El Sol es la estrella más cercana a la Tierra, de la que se encuentra a alrededor de 150 millones de km. La segunda estrella más cercana es Próxima Centauri, que se halla a 40 billones de km de la Tierra.
Las galaxias son conjuntos de estrellas que se hallan más cercanas entre sí por la acción de la gravedad.
Se estima que en el universo hay más de 100.000 millones de galaxias, las cuales pueden estar constituidas por cientos de miles de millones de estrellas.
La Evolución de una Estrella
La primera etapa de la evolución de una estrella es el momento de su formación.
La fase siguiente es, por lo general, la más larga. En la actualidad se considera que el Sol se encuentra en esta fase desde hace unos 5 mil millones de años, como consecuencia de un proceso de liberación energética llamado fusión nuclear.
- El Sol es capaz de liberar energía durante unos 10 mil millones de años.
- El Sol existe hace 4.600 millones de años.
- Hay otras estrellas con características diferentes, en las que se piensan que se llevan a cabo procesos que pueden conducir a explosiones gigantescas; así se crean las llamadas supernovas.
La Fusión y la Fisión Nuclear
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es la energía liberada por las estrellas, que se lleva a cabo en el interior de los núcleos de los átomos que forman cada estrella.
Este proceso es similar al que se produce durante la explosión de una bomba de hidrógeno: dos núcleos se juntan para originar uno de helio (ejemplo de fusión nuclear).
Esa pequeñísima masa desaparecida se convierte en una gran cantidad de energía, tal como lo establece la teoría de la relatividad.
Se ha calculado que en el Sol unas 657 toneladas de hidrógeno se transforman en 653 toneladas de helio por cada segundo.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es lo contrario a la fusión: los núcleos de ciertos átomos se rompen.
La reacción de fisión se inicia cuando se logra que el núcleo de un átomo absorba un neutrón externo que se mueve a gran velocidad. Como resultado de ello, no solo se libera energía, sino que además se producen neutrones nuevos que van a impactar sobre otros núcleos. Como es un proceso continuo, se lo denomina reacción en cadena (ejemplo de fisión nuclear).
Teoría de la Relatividad y Equivalencia Masa-Energía
La teoría de la relatividad representa la fracción de masa que se transformará en energía y es una constante, igual al cuadrado de la velocidad de la luz al vacío ($c = 300.000 ext{ km/s}$):
La Equivalencia Masa-Energía
- La suma de las energías iniciales es igual a la suma de las energías finales.
- En todas las transformaciones de energía, una gran parte de la energía original siempre se transforma en calor.
- En toda estructura estable de la naturaleza, ya sean átomos, moléculas o redes cristalinas, actúa cierta fuerza de atracción entre sus componentes.
- Cuando se trata de un núcleo atómico, la cantidad de energía (llamada energía de enlace de la estructura) tiene valores gigantescos.
- La masa de un núcleo atómico es menor que la suma de las masas de los nucleones que lo forman, si estuvieran libres.
Radiactividad Natural
Estructura Nuclear y Fuerza Fuerte
- Según el modelo atómico de Bohr, el núcleo está constituido por dos tipos de partículas llamadas nucleones: protones y neutrones. Los protones tienen la misma carga eléctrica que los electrones que se desplazan alrededor del núcleo.
- Se planteó la hipótesis de la existencia de una fuerza de gran intensidad entre esas partículas, mucho mayor que la fuerza eléctrica que tendía a separarlas, y se la denominó fuerza nuclear fuerte.
- La existencia de esta fuerza se comprobó mediante experimentos. Los resultados de estos revelaron que se trataba de una interacción que solo se manifiesta en distancias del orden del radio de los núcleos.
Tipos de Desintegración y Radiación
En los núcleos grandes ocurre un fenómeno que se denomina desintegración beta. Esto ocurre ya que los neutrones que estaban débilmente ligados al núcleo se vuelven inestables hasta su desintegración.
- Radiación alfa ($\alpha$): Está constituida por 2 neutrones y 2 protones, por ello tiene dos cargas positivas. No solo se desintegran emitiendo electrones, sino también otras formas de radiación constituida por partículas.
- Radiación gamma ($\gamma$): Está constituida por ondas electromagnéticas de alta energía que viajan a la velocidad de la luz.
Poder de Penetración
Se observa una diferencia en el poder de penetración de las radiaciones:
- Los rayos alfa no atraviesan ninguno de los tres elementos (cartón, aluminio y plomo).
- Los rayos beta atraviesan solamente el cartón y se detienen en el aluminio.
- Los rayos gamma atraviesan el cartón y el aluminio, pero solo pueden ser detenidos por una plancha de plomo lo suficientemente gruesa.
La Vida Media y la Datación
- Se llama vida media al tiempo transcurrido hasta que la mitad de los núcleos presentes se haya desintegrado.
- El procedimiento de datación más utilizado es el del carbono 14, una variedad radiactiva del carbono 12 en cuyo núcleo hay dos neutrones añadidos. La cantidad de nucleones del carbono 14 es, precisamente, 14. Se dice que es un isótopo del carbono 12 porque ocupa el mismo casillero en la tabla periódica de los elementos.
- El carbono 14 se forma permanentemente en la alta atmósfera debido a la acción de los rayos cósmicos.
Descripción de los Fenómenos Naturales (Ejemplo de Fusión)
Pueden apreciarse dos núcleos que se “juntan” en un proceso de fusión:
- Uno de deuterio (un protón y un neutrón).
- Uno de tritio (un protón y dos neutrones).
El deuterio y el tritio difieren en el número de neutrones (uno y dos, respectivamente).
El hidrógeno “común” no posee neutrones.
La reacción de fusión nuclear produce un átomo de helio y se libera un neutrón.