¿De donde sacan energía las estrellas?

En nuestro planeta Tierra, toda la luz diurna proviene del Sol, y con ella todo el calor y la energía que hacen posible la existencia de vida. La energía Solar es el primer eslabón energético de la trama alimenticia en nuestro planeta. Las plantas obtienen su energía de él, y luego esta se traspasa en forma de energía química a todo el resto de los seres vivos. En otras palabras, ¡Todos nos alimentamos de luz Solar!.

Son también una consecuencia directa de esta radiación de energía, el ciclo del agua, las corrientes de aire, entre otros fenómenos. Sin el Sol, el planeta tierra no sería más que una gigantesca esfera de hielo, en la que jamás podría haberse formado vida.

Así como el Sol, en el universo existen miles de millones de otras estrellas, algunas mucho más grandes y otras más pequeñas, pero todas tienen una característica en común: Liberan energía. El Sol por segundo emite 3.8x10^33 ergs, lo que equivale a una potencia de 3.8x10^20 megawatts. Cualquier cuerpo que emita  energía constantemente estará obligado a enfríarse paulatinamente hasta extinguirse, a menos que tenga una manera de producir energía.

La pregunta entonces es: ¿De donde sacan energía las estrellas?

Para empezar a responder esta pregunta, debemos comprender primero qué es una estrella.

Las estrellas son enormes masas de gas, a una temperatura extremadamente elevada, que irradian luz y calor a su entorno. ¡La temperatura en la superficie del sol es de 5700°K!. Ahora entendemos por qué a pesar de la enorme distancia entre el sol y la tierra (150 millones de kilómetros), seguimos recibiendo una cantidad considerable de energía.

En la antiguedad, muchos científicos y astrónomos se desvelaron intentando encontrar la explicación del origen de la energía del Sol. Los primeros afirmaron que el sol era una gran masa de hidrógeno combustionándose, algo así como una enorme fogata situada justo al centro de nuestro sistema solar. Esta teoría fue derrocada muy rápidamente por una simple razón. El Sol tiene una masa calculada de 2x10^30 Kg, y esta cantidad de hidrógeno, a través de combustión simple, permitiría al sol liberar la cantidad de energía que libera diariamente, solo surante 100 años. Luego de este periodo de tiempo, todo el hidrógeno se agotaría y el astro se extinguiría. Ninguna reacción química permitíria el rendimiento en la producción de energía que tiene el sol. Hasta en aquella época sabían que el Sol había durado algo más de un siglo, así que los astrónomos no tuvieron más remedio que seguir en busca de otra explicación a este fenómeno.

Tiempo despues, surgió una propuesta muy interesante. Se dijo que el sol, y las estrellas en general, se contraían gravitacionalmente, y esta perdida de energía gravitacional, se destinaba la mitad a aumentar la energía inerna de la estrella, mientras que la otra mitad se radiaba al espacio. En palabras simples, se planteaba que el sol estaba constantemente contrayendose, y que gracias a ese proceso, aumentaba su temperatura e irradiaba energía. Si nuestra estrella produjera energía a partir de contracción gravitacional, podría mantenerse irradiando energía durante aproximádamente 20 millones de años. Esta respuesta dejó tranquila a la comunidad científica por muchas décadas, pero lamentablemente, estudios geológicos evidenciaban que la edad de la tierra era de 4600 millones de años, y que además, esta había recibido energía de parte del sol en forma constante desde su formación. Este sistema resultaba mucho más eficiente que cualquier reacción química, pero una vez más no alcanzaba a modelar el fabuloso rendimiento de producción energética del Sol. 

Fue Albert Einstein planteo que en realidad la masa es una forma de energía, y que existe una relación de equivalencia entre ambas. De acuerdo con sus calculos, el aniquilamiento de 1 gramo de masa, produce 2x10^15 calorías, energía suficiente para evaporar 55 toneladas de agua. De aquí surge el modelo actual con el cual se entiende la producción de energía de las estrellas. Él planteó que las estrellas producen energía a través de fusión nuclear. En otras palabras a medida que uno desciende desde la superficie de una estrella hacia su núcleo, la temperatura es tan elevada, y es tal la densidad que la probabilidad de que dos núcleos de hidrógeno colisionen comienza a aumentar, y en el  centro de la estrella, los hidrógenos están colisionando entre sí para formar  helio, proceso mediante el cual se libera energía. 

Hoy se conoce la denominada cadena protón-protón, que es una secuencía de colisiones y transmutaciones que permiten formar un atomo de helio a partir de 2 atomos de hidrógeno, y liberar energía. A pesar de la alta temperatura del núcleo solar, las colisiones entre núcleos siguen siendo muy poco probables, por lo que debemos entender al sol como un enorme horno de fusión nuclear, en el que solo en el centro y en muy pequeña cantidad están ocurriendo las colisiones. En general, mil gramos de hidrogeno se transforman en 997 gramos de helio, y la diferencia corresponde a la energía liberada. Estos "7 gramos de energía" equivalen a 6.3x10^21 ergs, que en otras palabras, es la energía que se libera por cada kilogramo de hidrógeno que se transmuta. Ahora, para hacer calzar este valor con la energía que produce el sol por segundo, quiere decir que ¡En el sol se transforman 600 millones de toneladas por segundo!.Y a pesar de toda esta cantidad de masa que se aniquila a cada instante, en los próximos cinco mil millones de años, el sol solo habrá perdido un 0.03% de su masa total. Una cantidad porcentualmente muy pequeña como para tener alguna incidencia, por ejemplo, en las orbitas planetarias.

Si quieres averiguar más de como funciona la Cadena Protón-Protón a través de la cual el hidrogeno de las estrellas se transmuta en helio, puedes visitar el siguente sitio de astronomía, que detalla el tema con mayor profundidad:   Reacción Protón-Protón

Ahora que ya hemos respondido esta interrogante, podríamos analizar los beneficios que tendría para la humanidad imitar el sistema de producción de energía que tienen las estrellas, ¡Podríamos iluminar ciudades completas solo fusionando unos pocos gramos de hidrógeno!, lamentablemente la temperatura y la presion necesarias para que se den las colisiones entre nucleos atomicos, son demasiado elevadas como para poder reproducirlas en cualquier laboratorio del mundo. Estamos hablando de más de 15 millones de grados celsius.