El DOE explica… La nucleosíntesis

La nucleosíntesis es la creación de nuevos núcleos atómicos, los centros de los átomos que están formados por protones y neutrones. La nucleosíntesis se produjo por primera vez a los pocos minutos del Big Bang. En ese momento, un plasma de quarks y gluones, una sopa de partículas conocidas como quarks y gluones, se condensó en protones y neutrones. Después de que el universo se enfriara ligeramente, los neutrones se fusionaron con los protones para formar núcleos de deuterio, un isótopo del hidrógeno. A continuación, los núcleos de deuterio se combinaron para formar helio. Otras reacciones entre protones, neutrones y diferentes isótopos del helio dieron lugar al litio. El hidrógeno y el helio producidos durante esta fase del universo acabaron creando las primeras estrellas masivas del universo.

Desde entonces, las reacciones nucleares en la vida y la muerte de las estrellas han formado la mayoría de los demás núcleos del universo. Las estrellas pueden crear núcleos a través de dos procesos: combinando dos núcleos más pequeños (llamado fusión) o rompiendo un núcleo más grande en múltiples núcleos (llamado fisión). Ambas formas dan lugar a nuevos átomos.

En el pasado, estos procesos también produjeron los elementos de la Tabla Periódica que conocemos hoy en día. Estrellas de diferentes tipos producen núcleos de diferentes elementos, dando lugar con el tiempo a la gama de elementos naturales. Las primeras estrellas del universo eran masivas, a menudo más de 10 veces el tamaño de nuestro Sol. También tenían vidas mucho más cortas que las estrellas que existieron más recientemente. Mientras vivían, quemaban hidrógeno y producían los elementos hasta el hierro en la Tabla Periódica. Cuando morían, expulsaban los núcleos de estos elementos en un tipo de explosión llamada supernova de colapso del núcleo. Las supernovas pueden dejar tras de sí estrellas de neutrones. Cuando las estrellas de neutrones se fusionan, producen nuevos núcleos, incluyendo elementos más pesados que el hierro. Otras estrellas se convierten en enanas blancas al morir. Estas enanas blancas también pueden fusionarse posteriormente y sintetizar núcleos de elementos.

Oficina de Ciencia del DOE: Contribuciones a la nucleosíntesis

La Oficina de Física Nuclear de la Oficina de Ciencia del DOE apoya la investigación en astrofísica nuclear: la física necesaria para entender las reacciones que producen los elementos. Dos Centros de Excelencia del DOE con sede en universidades, el Instituto del Ciclotrón de la Universidad de Texas A&M y el Laboratorio Nuclear de las Universidades del Triángulo, se especializan en el estudio de la astrofísica nuclear. El DOE también financia la teoría y modelización del Big Bang, las estrellas, las supernovas y las fusiones de estrellas de neutrones, todas ellas fuentes de elementos. La instalación del usuario del Sistema Acelerador Argonne Tandem Linac (ATLAS) de la Oficina de Ciencia del DOE alberga el espectrómetro más potente del mundo para la investigación de la estructura nuclear. En la actualidad, la Oficina de Física Nuclear apoya la construcción de la Instalación de Rayos de Isótopos Raros en la Universidad Estatal de Michigan. Este acelerador producirá núcleos ricos en neutrones de corta duración y nunca antes vistos, que desempeñan un papel en la producción de los elementos más pesados.

Hechos sobre la nucleosíntesis

• Los científicos creen que los elementos más pesados que existen en la naturaleza, incluido el uranio, se producen en entornos violentos ricos en neutrones, como la fusión de dos estrellas de neutrones o supernovas. En estas condiciones, los neutrones adquieren núcleos más rápido de lo que pueden decaer.
• Nosotros estamos formados en su mayoría por materia creada a través de la nucleosíntesis en estrellas que ya han muerto, lo que llevó a la famosa afirmación del cosmólogo Carl Sagan de que estamos hechos de «materia estelar.»

Recursos y términos relacionados

• Astrofísica nuclear en la Universidad de Texas A&M
• Astrofísica nuclear en el Laboratorio Nuclear de las Universidades del Triángulo
• Instalación para haces de isótopos raros en la Universidad Estatal de Michigan
• Comprensión cósmica a partir de partículas minúsculas

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