¿Por qué hay tanto hierro?

Question

Todos sabemos de dónde viene el hierro. Sin embargo, mientras leía sobre las supernovas, empecé a preguntarme por qué hay tanto hierro como hay en el universo.

• Ni las enanas marrones ni las enanas blancas depositan hierro.

• Las supernovas de tipo I no dejan ningún remanente, por lo que puedo ver dónde se liberaría hierro.

• Las supernovas de tipo II dejan una estrella de neutrones o un agujero negro. Según tengo entendido, el núcleo de cenizas de hierro colapsa y la onda de choque hace estallar el resto de la estrella. Por lo tanto, no se libera hierro. (Sé que se produciría algo en la explosión junto con todos los elementos hasta el uranio. Pero, ¿eso explicaría todo el hierro del universo?).

• Las hipernovas depositarán hierro, pero parecen ser muy raras.

¿Suceden las supernovas de tipo I con tanta frecuencia como para que el hierro sea tan común? ¿O me estoy perdiendo algo?

Answer 1

La abundancia solar de hierro es de poco más de una milésima parte en masa. Si suponemos que toda la masa bariónica del disco de la Galaxia (unos pocos $10^{10}$ masas solares) está contaminada de la misma manera, entonces más de 10 millones de masas solares de hierro deben haber sido producidas y distribuidas por las estrellas.

Una supernova de tipo Ia produce unas 0,5-1 masas solares de hierro (a través del Ni 56 en descomposición), por lo que se necesitan entre 20 y 50 millones de supernovas de tipo Ia para explicar todo el Fe galáctico.

Dada la edad de la Galaxia de 10.000 millones de años, esto requiere una tasa de supernovas de tipo Ia de una cada 200-500 años.

La tasa de supernovas de tipo Ia en nuestra Galaxia no se ha medido mediante observaciones, aunque es probable que se hayan producido varias en los últimos 1.000 años. La tasa anterior parece totalmente plausible y probablemente fue mayor en el pasado.

Answer 2

Hierro proviene de la explosión de enanas blancas y estrellas masivas en explosión (Wikipedia).

(Uno de los muchos imágenes increíbles por Cmglee )
Tabla periódica que muestra el origen cosmogénico de cada elemento. Los elementos, desde el carbono hasta el azufre, pueden formarse en pequeñas estrellas mediante la proceso alfa . Los elementos más allá del hierro se fabrican en grandes estrellas con captura lenta de neutrones ( s-proceso ), seguido de la expulsión al espacio en eyecciones de gas (véase nebulosas planetarias ). Los elementos más pesados que el hierro pueden formarse en fusiones de estrellas de neutrones o supernovas después de la r-proceso que implica una densa ráfaga de neutrones y una rápida captura por el elemento.

Answer 3

La nucleosíntesis en el interior de las estrellas genera energía: Las enormes cantidades de energía forman helio a partir de hidrógeno. A continuación, la estrella empieza a generar carbono a partir del helio y así sucesivamente. Esto termina con el hierro. Para generar con mayor número atómico la estrella necesita más energía. La mayoría de ellos se generan en supernovas, donde hay mucha más energía.

Answer 4

El hierro se encuentra en el punto mínimo de liberación de energía por fusión. Para todos los números atómicos inferiores al del hierro, se produce una liberación neta de energía a medida que se añaden protones y neutrones adicionales. Más allá del hierro, es al revés: hay que aportar energía para fusionar protones y neutrones en núcleos más grandes, razón por la cual los núcleos más grandes sólo se forman en acontecimientos de tipo supernova y los núcleos más grandes liberan energía en la fisión. Mientras existan condiciones para impulsar estos procesos, la tendencia será construir núcleos más pequeños hacia el hierro y dividir los núcleos más grandes hacia el hierro.