La curiosa historia del ‘big bang’

El origen de los elementos y la energía de las estrellas

big bang

Hans A. Bethe (la letra beta en el artículo de Alpher y Gamow).

Hans A. Bethe (1906-2005) y la energía de las estrellas

Cuando Bethe firmó el artículo α-β, γa era ya un científico ilustre, entre otras razones, por su estudio sobre la producción de energía en las estrellas, iniciado con el artículo Formación de deuterones por combinación de protones (1938) con C. L. Critchfield. La fusión de dos protones (p-p) ya había sido sugerida por Carl von Weizsäcker (1912- ) en 1937, y Bethe y Critchfield la utilizaron para explicar la producción de energía solar. Ésta se inicia con la fusión p-p de dos protones que da lugar a deuterio H2 (un núcleo de hidrógeno –un protón p– con un neutrón adicional) con emisión de un positrón y un neutrino (que entonces Bethe y Critchfield no podían considerar). El proceso acaba con la producción de helio He4, que posee dos protones y dos neutrones y por tanto tiene número de masa A=2+2=4, a través del isótopo He3 (dos protones y un solo neutrón, A=3). Ésta es la cadena p-pI; en en un 15% de los casos, en la cadena p-pII, interviene además el berilio Be7 y el litio Li7 (también es posible otra cadena en el Sol, la p-pIII, pero sólo contribuye un 0’02%). Afortunadamente para nosotros, la cadena p-p es un proceso muy lento, lo que permite que el Sol brille y nos caliente todavía. Bethe, además, descubrió en 1939 el ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno-carbono, en el que el C, el N y el O actúan repetidamente como catalizadores en la combinación de cuatro protones que acaba produciendo también He4 (junto con electrones y neutrinos) y energía. El ciclo CNO domina completamente la liberación de energía en las estrellas grandes, cuya temperatura interior supera los 18 millones de grados, que es la del núcleo de estrellas con una masa de una vez y media la del Sol. Éste –y otras estrellas igualmente ‘ligeras’– producen la mayor parte de su energía a través de la cadena p-pI antes citada.

«Bethe recibió en “solitario” el Nobel de 1967, el primero en el campo de la astrofísica, y el actual modelo solar se basa en sus ideas de 1938 y 1939»

Bethe recibió en solitario el Nobel de 1967, el primero en el campo de la astrofísica, y el actual modelo solar se basa en sus ideas de 1938 y 1939. Incluso un serio problema de los años setenta, la escasez de los neutrinos (todos de ‘tipo electrón’) que debían producirse en las reacciones p-p o CNO en el núcleo solar, observada en un laboratorio subterráneo situado en la mina de oro Homestake, en South Dakota, ha quedado resuelto considerando las oscilaciones entre los distintos tipos de neutrinos. Como confirmó en 2001 el Sudbury Neutrino Observatory canadiense, la emisión de neutrinos de todos los tipos por el Sol es consistente con la producción de electrones de tipo electrón en el núcleo solar. El propio Bethe analizó en 1990 (junto con John Bahcall, fallecido también en 2005) la necesidad de tener en cuenta la ‘nueva física’ –las oscilaciones entre distintos tipos de neutrinos que no son posibles en el modelo estándar de las interacciones de partículas– para resolver, finalmente, el problema de los neutrinos solares.

A) Las cadenas p-pI (1) y p-pII (2). B) Los procesos del ciclo CNO.

REFERÈNCIES
DELSEMME, A., 1999, Our cosmic origins, CUP.
HOYLE, F.; WICKRAMASINGHE, C., 1981, Evolution from space, Paladín. PADMANABHAN, 1998, After the first three minutes, CUP.
SINGH, S., 2004, Big Bang, Fourth State.
WEINBERG, S., 1988, The first three minutes, Basic Books.

© Mètode 2006 - 50. Una historia de violencia - Disponible solo en versión digital. Verano 2006

Catedrático de Física Teórica, Universitat de València e IFIC (CSIC-UVEG).

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