Dado que sabemos que las estrellas se queman, colapsan o explotan cuando demasiados de sus átomos se fusionan en hierro, ¿cómo es que, con todas las galaxias antiguas que hemos estado observando, no hay una galaxia cuyas estrellas se hayan convertido en bolas gigantes? de hierro, que eventualmente chocaría en un glóbulo de hierro del tamaño de una galaxia en el espacio?
En resumen, no puedes hacer una bola de hierro con la masa de una galaxia porque no hay forma de sostener la bola contra el aplastamiento interno de su propia gravedad. Primero, colapsaría en una estrella de neutrones, pero incluso las estrellas de neutrones no pueden sostenerse más allá de aproximadamente 2-3 masas solares. Su objeto del tamaño de una galaxia colapsaría en un agujero negro. ¡Pero vemos estos! Se cree que todas las galaxias masivas tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. Estos tienen un tamaño de hasta 10 mil millones de masas solares, que es comparable a las galaxias más pequeñas.
En cualquier estrella, ya sea una estrella de secuencia principal como el Sol, un gigante o incluso una enana blanca o una estrella de neutrones, la fuerza de gravedad hacia adentro debe equilibrarse con alguna fuerza o presión hacia afuera. (De hecho, básicamente asumimos esto cuando construimos modelos estelares, aunque es una suposición muy buena). En las estrellas de secuencia principal, esta presión es proporcionada por las reacciones nucleares que ocurren dentro de ellas, pero a medida que la estrella evoluciona, se vuelve un poco más Complicado. En algunas situaciones, los núcleos se juntan tanto que sus electrones comienzan a compartir estados cuánticos. Y debido a que dos electrones no pueden estar en el mismo estado, tienen que ocupar estados de mayor energía. En efecto, esto ejerce una especie de presión (llamada presión de degeneración )), porque los electrones se ven obligados a moverse más rápido de lo que lo harían de otra manera. Esto es lo que sustenta a las enanas blancas y los núcleos de algunas estrellas evolucionadas. por ejemplo, gigantes rojas de baja masa.
La presión de degeneración está bien hasta un límite conocido como el límite de Chandrasekhar , que es de aproximadamente 1,44 masas solares (dependiendo de la composición del objeto en cuestión). Cualquier cosa por encima de esto colapsaría. Primero, este colapso produciría una estrella de neutrones, donde las cosas son un poco diferentes. Pero se mantiene un principio similar, y hay una presión de degeneración porque los propios neutrones también ocupan un estado cuántico cada uno. Los detalles son mucho más difíciles aquí, pero el consenso general es que la presión de degeneración de neutrones puede soportar objetos de hasta 2-3 masas solares. Después de eso, no queda nada para equilibrar la gravedad y la estrella colapsa en un agujero negro.
Aparte de las buenas razones dadas en las otras respuestas de por qué una bola de hierro en exceso de aproximadamente METRO no puede ser estable, hay otra razón. Es decir, no hay forma de formar tanto hierro puro. El hierro se produce en las supernovas, pero solo una fracción de la materia expulsada por una supernova es realmente hierro y no existe una forma natural de seleccionarlo. La materia restante está encerrada en el remanente estelar, ya sea una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro (de masa estelar). Los dos últimos ya son demasiado masivos para que el material tenga forma de hierro, mientras que una enana blanca puede contener solo algo de hierro, pero nunca es una bola de hierro.
Si tuvieras una bola de hierro del tamaño de una galaxia, la fuerza gravitatoria emitida sería inmensa, y sin ninguna fuerza que la empujara, la bola colapsaría sobre sí misma para formar un agujero negro. En estrellas como el sol (estrellas de la secuencia principal), la fuerza hacia el exterior de las reacciones nucleares que tienen lugar en su núcleo evita que colapse sobre sí misma. Sin embargo, con una bola de hierro, la única fuerza que actúa sobre ella sería la atracción de la gravedad, que finalmente aplastaría la bola contra sí misma.
La bola de hierro ni siquiera podría alcanzar el tamaño de una galaxia. Hay un límite conocido como el límite de Chandrasekhar, que dice que cualquier cosa que tenga aproximadamente 1,44 masas solares colapsaría. Esto probablemente formaría una estrella de neutrones, pero también tiene un límite en la cantidad de masa que puede contener. Eventualmente, incluso esto colapsará sobre sí mismo para formar un agujero negro.
Existe la hipótesis de que después de aproximadamente años (muchas generaciones de estrellas) se formarán estrellas de hierro (remanentes de estrellas de esfera de hierro). Esto requeriría que todos los elementos más ligeros que el Fe se fusionaran en Fe y todos los elementos más pesados que el Fe se descompusieran en Fe. También se requiere que el protón no se desintegre para que esta hipótesis funcione.
Solo las estrellas por debajo de cierto límite de masa pueden formar una esfera de hierro. Como otros señalaron, después de que cese la fusión nuclear, las estrellas de más de 1,44 masas solares colapsarán en una estrella de neutrones y, por encima de varias masas solares, colapsarán aún más en un agujero negro .
Esto significa que las esferas de hierro considerablemente más pesadas que la masa solar no pueden formarse porque los núcleos de hierro de los objetos más pesados se triturarán en su mayoría a neutrones o algún otro estado de la materia que no consista en hierro.
Nuestro sol eventualmente se convertirá en una enana blanca. Una estrella 10 veces su masa se convertirá en una estrella de neutrones. Una estrella 100 veces la masa del sol se convertirá en un agujero negro. Entonces, si 100 estrellas se unieran en una sola masa, colapsaría en un agujero negro. Actualmente se cree que un agujero negro súper masivo (al menos 1000 veces la masa de nuestro sol) está en el centro de nuestra galaxia y también en la galaxia de Andrómeda. Aquí es donde se puede encontrar todo el hierro de esta región del espacio.
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