Descubrí esta pregunta antes y dio lugar a algunas discusiones animadas, que definitivamente es como nos gusta aquí.
Ahora tengo un poco de tiempo para profundizar un poco más, así que esto es lo que tengo, a largo plazo …
Lo que hay que reconocer es que cuando haces algo del tamaño de una estrella (incluso una pequeña) hay diferentes reglas en juego. Exploremos por qué. Por lo general, los átomos de hierro forman una red cristalina que se evita que colapsen por la repulsión mutua de los núcleos de hierro. La compresión forzada del material fuerza a los núcleos a unirse y la fuerza repulsiva aumenta rápidamente para resistir la compresión. A temperaturas terrestres, el cristal de hierro de ‘ferrita’ habitual se reorganiza en una nueva configuración, Hexaferrum, a aproximadamente 12GPa, pero aparte de este problema, si sigue aumentando la fuerza de compresión, los núcleos seguirán acercándose.
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Una forma de lograr esto sería comenzar con una pequeña esfera de hierro y comenzar a agregar átomos de hierro en capas a la superficie. A medida que se hace más grande, su propia gravedad hará que la presión en el núcleo crezca a medida que las capas externas pesan sobre él. Obtendrá la transición hexaferrum antes de obtener algo del tamaño de un pequeño planeta.
Ahora, eventualmente si aprietas dos núcleos lo suficientemente cerca, existe la posibilidad de que ocurra algo interesante ; La fuerza nuclear fuerte puede superar la repulsión de los dos núcleos y unirlos en un núcleo más grande. Esto se llama fusión nuclear. La elección del hierro como material es interesante: Fe-56 (núcleos de hierro con 26 protones y 30 neutrones, el tipo más común) es el núcleo más unido. Lo que esto significa es que cuando fusionas núcleos más ligeros que Fe-56 (menos protones y neutrones), los núcleos resultantes están más unidos que sus progenitores y la energía se libera por fusión. Si fusiona Fe-56 o núcleos más pesados, el resultado es un núcleo menos unido … y esto requiere energía para producirse (es por eso que la fisión, es decir, la división) de núcleos muy pesados como el uranio también libera energía).
Lo que esto significa es que si prueba este procedimiento que he sugerido para elementos más ligeros , eventualmente la fusión comenzará en el núcleo de la esfera y se liberará energía. ¡Esto es esencialmente cómo se forman las estrellas reales, de hecho! El encendido de la fusión aumentará en gran medida la presión y la temperatura del núcleo y, por lo tanto, la esfera será resistente contra una mayor compresión. Agregar más material hará que la velocidad de fusión se acelere apretando los núcleos más apretados, aumentando la presión y la temperatura aún más en respuesta.
Sin embargo, el hierro es diferente. Apriete el hierro lo suficiente y se fusionará, pero absorberá energía del sistema, enfriándolo y disminuyendo la presión interna. En las estrellas masivas, esto finalmente sucede cuando el Fe-56 creado mediante la fusión de elementos más ligeros se acumula en el núcleo y el stock de elementos más ligeros comienza a agotarse. La fusión de Fe absorbe rápidamente energía causando un colapso desbocado del núcleo bajo el peso de las capas externas. En general, sin embargo, uno no termina con una gran masa de metal frío: los núcleos se aceleran rápidamente y rebotan cuando chocan a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Esto provoca una explosión de supernova, ya que todo el impulso interno se convierte inmediatamente en impulso externo …
PERO esto solo ocurre en estrellas de cierta masa. ¿Porqué es eso? Bueno, debido a que el interior de las estrellas se calienta tanto, los núcleos son despojados de sus electrones (demasiada energía por electrón para que puedan permanecer unidos). Este mar de electrones libres tiene algo de mente propia. A medida que comprime el mar de electrones junto con todo lo demás, finalmente se topa con un poco de física fundamental: los electrones son un tipo de partícula llamada fermión , llamada así por Enrico Fermi, que tiene la propiedad de que no todos pueden vivir en ella. mismo estado cuántico Si no estás bien versado en mecánica cuántica, no te preocupes, el resultado es que hay un límite fundamental para lo cerca que puedes juntar los electrones. Una vez que apriete su esfera tan apretada, ya está; no se volverá más denso.
Excepto que esto no es precisamente cierto. En realidad, si sigue agregando material, la física del sistema es tal que los electrones ‘unirán fuerzas’ con los protones en los núcleos cercanos y se convertirán en neutrones. Por lo tanto, una estrella lo suficientemente masiva puede sufrir el “rebote central” que describí anteriormente. Las estrellas menos masivas no lo harán, porque la presión de degeneración de electrones (la fuerza que surge del hecho de que los electrones se niegan a estar en los mismos estados) impide que las cosas lleguen tan lejos.
Estamos más o menos ahí. En el caso de nuestra hipotética esfera de hierro, si seguimos agregando material hasta que sea una fracción apreciable del tamaño del sol, no será lo suficientemente masiva como para superar la presión de degeneración de electrones de la manera descrita. Sin embargo, puede estar seguro de que la presión de degeneración de electrones está haciendo mucho trabajo pesado (hay muchos electrones libres en un cristal de hierro, por eso el hierro es un buen conductor …); Se activa a masas mucho más bajas de las que estamos hablando, por ejemplo, la razón por la cual las bolas de gas por debajo de 0.08 forman enanas marrones en lugar de verdaderas estrellas es porque detiene su colapso, evitando que sus núcleos alcancen las densidades necesarias para la fusión.
Tenga en cuenta que he logrado construir esta esfera manteniendo su temperatura baja. Dejar caer material adicional desde una altura, en lugar de colocarlo cuidadosamente en la superficie, libera mucho calor. Dado este artilugio y las masas involucradas, podemos estar seguros de que no tendrá lugar una fusión de Fe significativa, y también que no hay una contribución a la presión interna de la presión de radiación. Es todo
1) repulsión de núcleos cargados positivamente
2) rechazo de los electrones a ser coaccionados en el mismo estado
… y es este último el que permite una esfera agradable y estable, en lugar de una en la que los núcleos se acercan lo suficiente como para que comience la fusión.
