¿De dónde sacan su energía las estrellas?

Una estrella puede estar brillando durante miles de millones de años, ¿de dónde saca la energía necesaria? La respuesta está en la fusión nuclear.

Siempre brillando en lo alto, inmutable, inagotable, inabarcable. El Sol es el motor de básicamente todos los fenómenos atmosféricos que ocurren en la Tierra. Su calor mueve masas de aire y evapora el agua que forma las nubes. Además, da sustento a plantas y demás organismos fotosintéticos, que a su vez sirven de alimento para el resto de bacterias, arqueas y animales, y lo lleva haciendo desde hace unos miles de millones de años. ¿Pero de dónde saca su energía? ¿Qué proceso es capaz de mantener una estrella como nuestro Sol emitiendo energía a tan altísimos niveles durante periodos de tiempo tan largos?

Nada más y nada menos que uno de los procesos más eficientes del universo: la fusión nuclear. Su nombre es bastante descriptivo, pues consiste en la fusión de dos núcleos atómicos para dar lugar a uno más grande, liberando grandes cantidades de energía al hacerlo. Para que te hagas una idea de la cantidad de energía que se libera en las reacciones de fusión nuclear, decir que son el fundamento detrás de las Bombas de Hidrógeno, las cuales son varias veces más potentes que las que explotaron sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en agosto de 1945. Por lo que, simplificando mucho, podemos decir que el Sol y cualquier estrella activa del universo, es una grandísima bomba de hidrógeno, explotando millones de veces por segundo. No vuela por los aires porque su propia gravedad se lo impide.

De hecho, el núcleo de una estrella podemos entenderlo como una región que se encuentra en un delicado equilibrio. Por un lado tenemos la incesante fuerza de la gravedad, que comprime todo el gas y el plasma que forman la estrella hacia el centro de esta. Las enormes presiones resultantes de esta compresión elevan la temperatura hasta los millones de grados. Por otro lado tenemos las incontables miniexplosiones resultantes de cada proceso de fusión nuclear que tiene lugar, explosiones que intentan hacer explotar la misma estrella. Como si de un juego de la cuerda de escalas épicas se tratara, estas dos fuerzas permanecen en equilibrio durante lo que conocemos como “secuencia principal” de una estrella. Pero no es de eso de lo que queríamos hablar aquí.

La fusión nuclear necesita unas condiciones muy extremas y específicas para poder ocurrir. Por esto mismo sólo hablamos de ella en el contexto de estrellas y bombas atómicas. La fusión nuclear tiene una hermana, la fisión nuclear, mucho más accesible. Los procesos de fisión nuclear, que son los que alimentan una central nuclear o una bomba nuclear (como las de Hiroshima y Nagasaki) pueden ocurrir de manera espontánea. Aquí ocurre al contrario que en la fusión: un núcleo atómico pesado se divide, dando lugar a dos núcleos nuevos más ligeros y liberando energía en el proceso. Pero como decía, la fusión nuclear es mucho más exigente. Al fin y al cabo, lo que estamos consiguiendo con ella no es pequeña hazaña precisamente. De manera natural, dos núcleos atómicos cualesquiera (formados por cierta combinación de protones, con carga eléctrica positiva, y neutrones, sin carga eléctrica) se repelerán. Tanto que, en condiciones normales, nos será imposible juntarlos. Cuando intentemos hacerlo la repulsión eléctrica de los protones nos lo impedirá. No será hasta que alcancemos temperaturas y presiones como las presentes en el núcleo de una estrella que conseguiremos sobreponernos a esa repulsión eléctrica para que los núcleos entren en contacto, pasando a dominar entonces la conocida como interacción nuclear fuerte. Esta es mucho más intensa que la repulsión electromagnética, pero solo para distancias muy pequeñas, del tamaño típico de un núcleo atómico.

En el Sol y en el resto de estrellas del universo, la fusión nuclear transforma 4 núcleos de hidrógeno (consistentes en un único protón), en 1 núcleo de helio (consistente en dos protones y dos neutrones) a través de un elaborado proceso que crea otros isótopos de estos elementos como paso intermedio.

En las bombas atómicas se consiguen esas altas temperaturas con una pequeña dosis de fisión nuclear. Es decir, dentro de cada bomba atómica hay una diminuta bomba nuclear que fisiona plutonio, uranio u otro elemento para conseguir la temperatura necesaria para desatar todo el poder de la fusión. Podríamos decir que la fisión hace de “mecha” de la fusión en este tipo de bombas.

Todo este conocimiento nos ha llevado en las últimas décadas a intentar crear generadores eléctricos que utilicen la fusión nuclear como fuente de energía. En estos reactores, las extraordinarias condiciones de presión y temperatura necesarias se consiguen mediante láseres, que calientan el combustible nuclear y mediante potentes campos magnéticos, que mantienen todo el proceso confinado a un área segura. Estos reactores deberían ser capaces de generar grandes cantidades de energía sin generar apenas residuos. Ni CO2, ni desechos radiactivos. Es por esto que hay varios proyectos en activo trabajando en este tema. Se han conseguido algunos avances, aunque aún falta por desarrollar un reactor que sea capaz de producir más energía de la que se le ha suministrado para hacerlo funcionar.

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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