Cual es el origen de los atomos?

Este articulo fue actualizado a 2022.

No es una pregunta trivial. Durante muchisimos años se estuvo tratando de entender este proceso, comezando con ideas magicas, hasta que a principios del siglo 20 se empezo a a comprender como funcionan las estrellas y el Universo.

Es un proceso algo complicado, por eso se tardo tanto en reconocerlo.

En este momento la mejor teoria que explica el Universo es que comenzo con el Big-Bang, la explosion inicial que dio origen a todo.

En la explosion, de origen todavia incierto, habia pura energia, y al expandirse se fue enfriando, como lo haria cualquier gas.

Al llegar a un nivel de energia un poco mas bajo del inicial, se pudieron condensar de la energia las primeras particulas elementales (protones, neutrones, etc). Esto ocurrio en los primeros minutos.

La famosa ecuacion de Einstein E = mc al cuadrado, implica que se puede transformar materia en energia, como en un reactor nuclear, y tambien la energia puede condensarse en materia, como en este caso.

A los 380 mil años del comienzo, el nivel de energia fue lo suficientemente bajo como para permitir la formacion de los primeros atomos. (es el momento cuando se emitio la radiacion de fondo)

Como ven, habia protones, electrones y neutrones dispersos, que cuando se juntaron fue para formar los elementos quimicos mas elementales: Hidrogeno, Helio y algo de litio. Nada mas se formo, en la proporcion de 75% de hidrogeno, casi 25% de helio, y trazas de los otros elementos.

La combinacion simple de particulas da como resultado los atomos mas elementales.

De hecho se hicieron experimentos numericos colocando las proporciones razonables de particulas elementales que se condensaron, y dejandolas mezclarse al azar, da como resultado el porcentaje las cantidades de hdrogeno, helio y litio que se observa en el Universo.

Y el resto?

Sir Fred Hoyle fue el primero en darse cuenta del mecanismo. Esta rama de la astronomia se llama astroquimica (Nucleosintesis).

Una de las claves es que porcentualmente el 98% del universo esta compuesto por estos atomos simples, y el resto de la tabla periodica es el 2% restante.

Diagrama de las cantidades porcentuales de los distintos elementos quimicos, con referecia a cada millon de atomos de Silicio. En celeste, los elementos generados en el Big-Bang. En rojo, los elementos generados en el interior de las estrellas (hasta el Fe). En verde, los elementos mas pesados formados en las explosiones tipo supernovas o choques de estrellas de neutrones.

Hoyle penso que el mecanismo para la formacion de los elementos deberia ser diferente de los tres atomos mas simples a el resto, y no se equivocaba.

Como sucede?

En el Big-Bang, hace 13700 millones de años, se condensaron los tres elementos basicos. Se formo la primer generacion de estrellas de de este gas puro de H, He y Li. Se denominan estrellas de poblacion III, y no se conoce con seguridad ninguna.... ya que el enorme porcentaje han muerto y las que quedan son dificiles de difereciar de las otras estrellas.

Muchas de esas estrellas explotaron, enriqueciendo el gas interestelar.

Esto significa que la composicion del gas de las estrellas es diferente al que dio inicio. Ahora, por las reacciones nucleares internas de estas estrellas, el gas esta enriquecido con elementos mas pesados, como oxigeno, carbono, etc.

Este nuevo gas, formo una segunda generacion de estrellas (Poblacion II) que ahora si tiene materiales mas pesados. Esto ocurrio poco despues de la desaparicion de las estrellas mas masivas de poblacion III. Hoy en dia pueden verse estrellas de Poblacion II en los cumulos globulares o en el centro de la Via Lactea.

Las tres poblaciones estelares. A la izquierda, Poblacion I (P I), con el ejemplo de las Pleyades o nuestro Sol. En el medio, P II: estrellas viejas como en los cumulos globules o el centro de las galaxias espirales. A la derecha, P III, ninguna identificada (algunas observaciones de galaxias lejanas en 2022 con el Telescopio James Webb parece haber visto -sin confirmacion aun- estrellas de P III).

Se repitio el proceso, muchas de estas estrellas de poblacion II murieron, inyectaron mas gas con atomos mas pesados, y de ahi se formo la tercera poblacion de estrellas (Poblacion I) de la cual nuestro Sol es un miembro.

Estructura de la Via Lacea. La forma esferica (el halo galactico) contiene estrellas de Poblacion II, en cambio en el plano, hay estrellas de Poblacion I.

Queres ver materia que provino del centro de una estrella? Mirate en el espejo.

El carbono, oxigeno y nitrogeno que nos componen provienen de estrellas que han muerto antes de la formacion del Sistema solar.