¿Por qué no puede ocurrir la fusión de hierro en las estrellas?

Question

Se dice que la fusión del hierro es endotérmica y la estrella no puede sostener este tipo de fusión (no hasta que se convierta en supernova). Sin embargo, la estrella está constantemente liberando energía a partir de la fusión de elementos como el hidrógeno y el helio. Entonces, ¿no se puede usar esa energía para la fusión de núcleos de hierro?

Answer 1

Obviamente, el Sol produce mucha más energía por segundo de la necesaria para fusionar un núcleo de hierro con algún otro núcleo. El problema es concentrar toda esa energía en el núcleo de hierro. No es suficiente saber que se necesita la energía de $n$ fusiones de hidrógeno para fusionar un núcleo de hierro, es hacer que los productos energéticos de esos $n$ eventos de fusión de hidrógeno colisionen todos con el núcleo de hierro al mismo tiempo. Bajo condiciones normales, la probabilidad de que esto ocurra es despreciable.

Sin embargo, bajo condiciones extremas puede ocurrir. Por ejemplo, en supernovas las presiones y temperaturas son tan altas que el hierro y los núcleos más pesados experimentan reacciones de fusión para producir los elementos más pesados que el hierro.

Answer 2

La fusión del hierro puede tener lugar en las estrellas - lo que se necesita es mucho hierro y temperaturas muy altas para superar la cada vez mayor repulsión de Coulomb entre las partículas alfa y núcleos más pesados. Estas condiciones existen en los núcleos de estrellas masivas cerca del final de sus vidas.

Por ejemplo, las partículas alfa pueden fusionarse con un núcleo de hierro-56 para producir níquel-60 y luego zinc-64; estas reacciones son casi energéticamente neutrales porque la curva de energía de enlace por nucleón es casi plana en este rango de masa atómica. El problema es que existen procesos de desintegración por competencia y fisión (especialmente fotodesintegración a altas temperaturas) que actúan para desintegrar los núcleos a estas temperaturas, lo que desfavorece la producción significativa de núcleos más pesados en cualquier tipo de equilibrio.

Elementos más pesados pueden ser producidos por captura de neutrones. Este puede ser un proceso exotérmico, pero requiere condiciones menos energéticas ya que los neutrones son neutrales y puede ocurrir incluso cerca de los centros de estrellas de masa intermedia (ver Origen de elementos más pesados que el Hierro (Fe)). Núcleos más pesados como Sr, Ba e incluso Pb pueden ser producidos por una cadena de capturas de neutrones lentas seguidas de eventos de desintegración rápidos, que luego son estables, y las condiciones internas en los centros de estrellas AGB de masa intermedia no son lo suficientemente calientes como para causar fotodesintegración. La captura de neutrones también puede ocurrir de manera más rápida durante una explosión de supernova - un evento altamente "no equilibrado" donde una pequeña fracción de la energía de la supernova se utiliza para producir endotérmicamente los elementos más pesados y todos aquellos más allá del plomo.

Answer 3

Como correctamente mencionaste, en una situación normal la estrella no puede sostener el proceso. Esto no significa que no haya tales reacciones ocurriendo en el núcleo. La diferencia es que durante la fase previa a la supernova de la estrella, la producción de hierro es insignificante en comparación con la estrella. Cuando ocurre la supernova, se produce una cantidad comparable de hierro.

Answer 4

La fusión de hierro puede ocurrir; sin embargo, el hecho de que ocurra le roba energía al núcleo de la estrella. No hay forma de agregar energía a través de la fusión de hidrógeno. La posibilidad es realmente baja. Incluso si ocurriera, solo salvaría a la estrella por un corto tiempo. Eso es porque ahora fusionar elementos más pesados es aún peor que fusionar hierro. Si el núcleo de hierro no provoca el colapso, los elementos pesados recién formados lo harán, ya que no hay forma de que esos elementos pesados devuelvan su energía a través de la fisión. Una estrella obligará a fusionar esos elementos y esto resultará en una supernova.