Fraguas de elementosdónde se hicieron el oro y el hierro
¿Qué elementos vienen del Big Bang, de las estrellas, de las supernovas y de las fusiones de estrellas de neutrones? Esta página enumera el origen de cada elemento por fragua, con la investigación clave.
El oro no se formó en la Tierra, y el hierro tampoco. La tabla de elementos del juego clasifica los elementos en ocho tipos de origen, las ocho "fraguas": el Big Bang, los rayos cósmicos, las estrellas de baja masa, las estrellas masivas, las explosiones de enanas blancas, las fusiones de estrellas de neutrones, la desintegración radiactiva y la síntesis artificial. Esta página lista qué elementos hizo cada fragua y después repasa algunos estudios clave detrás de ellas.
Las ocho fraguas
| Fragua | Número de elementos | Ejemplos principales |
|---|---|---|
| Nucleosíntesis del Big Bang | 3 | Hidrógeno, helio, litio |
| Espalación por rayos cósmicos | 2 | Berilio, boro |
| Estrellas de baja masa (proceso lento de captura de neutrones) | 24 | Carbono, nitrógeno, flúor, rubidio, estroncio, itrio, circonio, niobio, molibdeno, cadmio, indio, estaño |
| Estrellas masivas (supernovas de colapso del núcleo) | 22 | Oxígeno, neón, sodio, magnesio, aluminio, silicio, fósforo, azufre, cloro, argón, potasio, calcio |
| Explosiones de enanas blancas (supernovas de tipo Ia) | 6 | Vanadio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel |
| Fusiones de estrellas de neutrones (proceso rápido de captura de neutrones) | 26 | Rutenio, rodio, paladio, plata, antimonio, telurio, yodo, xenón, cesio, samario, europio, gadolinio |
| Desintegración radiactiva del uranio y del torio | 7 | Polonio, astato, radón, francio, radio, actinio, protactinio |
| Síntesis artificial | 28 | Tecnecio, prometio, neptunio, plutonio, americio, curio, berquelio, californio, einstenio, fermio, mendelevio, nobelio |
En esta tabla, la síntesis artificial (28 elementos) y las fusiones de estrellas de neutrones (26) tienen más elementos, y la espalación por rayos cósmicos (2) tiene menos. "Proviene principalmente de aquí en la tabla de elementos del juego" significa que esta es la clasificación del juego para la fuente principal de cada elemento. Un elemento puede tener más de una fuente.
Cómo leer la tabla
El patrón de la tabla es claro. La larga serie de oxígeno, neón, sodio, magnesio, aluminio, silicio, fósforo, azufre, cloro, argón, potasio y calcio va a las supernovas de colapso del núcleo de estrellas masivas. Los seis elementos vanadio, cromo, manganeso, hierro, cobalto y níquel van a las explosiones de enanas blancas. Del rutenio, rodio, paladio y plata hasta el yodo, xenón, cesio, europio y gadolinio, la fuente son las fusiones de estrellas de neutrones. El carbono, el nitrógeno y el flúor van a las estrellas de baja masa. Es decir, elementos que están uno junto al otro en la tabla periódica suelen venir de objetos completamente distintos. El juego usa esta clasificación para mostrar que cada elemento de la tabla periódica tiene un "lugar de nacimiento" concreto, y cada lugar de nacimiento se liga a un estudio de las secciones siguientes, desde los cálculos del Big Bang hasta la fuente de energía de las estrellas y las observaciones de fusiones de estrellas de neutrones.
Los tres más ligeros: el Big Bang
Ralph Alpher y George Gamow fueron los primeros en calcular cómo se formaron los elementos ligeros en el Big Bang. Se añadió el nombre de Hans Bethe para hacer el chiste "αβγ". El artículo se titula "The origin of chemical elements" (Alpher, Bethe y Gamow, Physical Review, 1948). El hidrógeno, el helio y el litio son los únicos miembros de este grupo.
Los hornos dentro de las estrellas
¿Cómo puede arder el Sol durante miles de millones de años? Bethe dedujo que las estrellas brillan por fusión nuclear, lo que resolvió el enigma (Bethe, Physical Review, 1939). Para que las estrellas produjeran suficiente carbono, Fred Hoyle predijo que el carbono-12 debía tener un nivel de energía especial, algo que los experimentos confirmaron pronto (Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement, 1954). Pocos años después, un artículo de un centenar de páginas explicó de forma sistemática cómo las estrellas forjan paso a paso los elementos de la tabla periódica: "todos somos polvo de estrellas, empezando aquí" (Burbidge, Burbidge, Fowler y Hoyle, Reviews of Modern Physics, 1957).
Explosiones de enanas blancas y el hierro
El hierro, el cobalto, el níquel y el resto del "grupo del hierro" se asignan en la tabla principalmente a explosiones de enanas blancas. Las enanas blancas tienen un límite de masa de unas 1,4 masas solares, y más allá de él una estrella está condenada a seguir colapsando (Chandrasekhar, The Astrophysical Journal, 1931).
Fusiones de estrellas de neutrones: la historia del oro
La primera vez que un único evento cósmico fue a la vez "oído" y "visto": la fusión de dos estrellas de neutrones (Abbott et al., Physical Review Letters, 2017). La materia expulsada por la fusión contiene grandes cantidades de elementos pesados, y el oro de tu anillo muy probablemente vino de una colisión así (Kasen et al., Nature, 2017).
Radiactividad y síntesis artificial
Las cadenas de desintegración del uranio y del torio producen siete elementos: polonio, astato, radón, francio, radio, actinio y protactinio. La síntesis artificial aporta más: desde el tecnecio y el prometio hasta el neptunio, el plutonio y el americio, y más allá hasta el einstenio, el fermio, el mendelevio y el nobelio. Vale añadir un detalle más del juego: el einstenio y el fermio se descubrieron ambos en los restos de la primera prueba de bomba de hidrógeno.
¿Quieres los originales? Busca estos títulos
- Alpher et al. (1948): "The origin of chemical elements"
- Bethe (1939): "Energy production in stars"
- Hoyle (1954): "On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel"
- Burbidge et al. (1957): "Synthesis of the elements in stars"
- Chandrasekhar (1931): "The maximum mass of ideal white dwarfs"
- Abbott et al. (2017): "GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral"
- Kasen et al. (2017): "Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event"
Base real
Nucleosíntesis del Big Bang: la tabla de elementos del juego tiene 3 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos hidrógeno, helio y litio.
Espalación por rayos cósmicos: la tabla de elementos del juego tiene 2 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos berilio y boro.
Estrellas de baja masa (proceso s): la tabla de elementos del juego tiene 24 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos carbono, nitrógeno, flúor, rubidio, estroncio, itrio, circonio, niobio, molibdeno, cadmio, indio, estaño y otros.
Estrellas masivas (supernovas por colapso del núcleo): la tabla de elementos del juego tiene 22 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos oxígeno, neón, sodio, magnesio, aluminio, silicio, fósforo, azufre, cloro, argón, potasio, calcio y otros.
Explosiones de enanas blancas (supernovas de tipo Ia): la tabla de elementos del juego tiene 6 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos vanadio, cromo, manganeso, hierro, cobalto y níquel.
Fusiones de estrellas de neutrones (proceso r): la tabla de elementos del juego tiene 26 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos rutenio, rodio, paladio, plata, antimonio, telurio, yodo, xenón, cesio, samario, europio, gadolinio y otros.
Desintegración radiactiva del uranio y el torio: la tabla de elementos del juego tiene 7 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos polonio, astato, radón, francio, radio, actinio y protactinio.
Sintetizados: la tabla de elementos del juego tiene 28 elementos que provienen principalmente de aquí, entre ellos tecnecio, prometio, neptunio, plutonio, americio, curio, berkelio, californio, einstenio, fermio, mendelevio, nobelio y otros.
Investigación relacionada
Estos estudios tienen relación con el tema, pero no son una prueba directa de esta página.
El artículo αβγ: Alpher y Gamow calcularon cómo se formaron los elementos ligeros en el Big Bang, y se añadió el nombre de Bethe para formar «αβγ».
Fuente:Alpher, Bethe & Gamow, Physical Review 1948, "The origin of chemical elements"
Qué da energía a las estrellas: Bethe calculó que las estrellas brillan por fusión nuclear y resolvió el enigma de cómo el Sol puede arder durante miles de millones de años.
Fuente:Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"
El límite de Chandrasekhar: Una enana blanca tiene una masa máxima, de unas 1,4 masas solares. Si la supera, la estrella está condenada a seguir colapsando.
Fuente:Chandrasekhar, The Astrophysical Journal 1931, "The maximum mass of ideal white dwarfs"
B²FH: este artículo de cien páginas explicó paso a paso cómo las estrellas forjan los elementos de la tabla periódica. Todos somos polvo de estrellas, y la idea parte de aquí.
Fuente:Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle, Reviews of Modern Physics 1957, "Synthesis of the elements in stars"
La predicción de Hoyle: Para que las estrellas produjeran suficiente carbono, Hoyle predijo que el carbono-12 debía tener un nivel de energía especial, y los experimentos lo confirmaron.
Fuente:Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement 1954, "On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel"
Kilonova: La primera vez que un mismo suceso cósmico se «oyó» y se «vio»: la fusión de dos estrellas de neutrones.
Fuente:Abbott et al., Physical Review Letters 2017, "GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral"
De dónde viene el oro: El material expulsado por la fusión de estrellas de neutrones contiene grandes cantidades de elementos pesados. El oro de tu anillo probablemente vino de una colisión así.
Fuente:Kasen et al., Nature 2017, "Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event"