¿Cómo puede haber 1.000 ancestros estelares antes de nuestro Sol?

El Sol es en realidad una estrella de TERCERA generación. Lo que quiero decir con esto es que hay elementos químicos en el Sol que se hicieron dentro de otra estrella, pero esa estrella en sí misma solo puede haber hecho esos elementos porque tenía material que también debe haber sido hecho dentro de estrellas anteriores de segunda generación. Eventualmente volvemos a las estrellas de la primera generación, nacidas del gas primordial del Big Bang que casi no contenía elementos pesados ​​(aquellos más allá del helio).

Eso es un bocado, así que déjame explicarte usando un ejemplo: bario.

Hay bario en el Sol. Podemos decir eso mirando el espectro y viendo las líneas de absorción debidas al bario. Pero el bario no se puede hacer en el sol. El bario se produce a través del proceso s , que implica la captura lenta de neutrones en los núcleos de los elementos con pico de hierro. Esto sucede durante la fase asintótica de la rama gigante roja de la evolución estelar, y el Sol tiene aproximadamente 6 mil millones de años antes de llegar a ese punto. [NB: ni siquiera la mitad de la abundancia de elementos químicos más allá del hierro son producidos por explosiones de supernovas$^1$.]

Entonces, antes del Sol, debe haber existido una estrella, probablemente una estrella de masa intermedia, que evolucionó para convertirse en un gigante, produjo bario en su interior, luego perdió su envoltura a través de un viento masivo en el medio interestelar, y ese material se incorporó. en el protosol. Tales estrellas (entre, digamos, 2 y 10 masas solares) tendrían vidas mucho más cortas que el Sol.$^2$, así que les sobraba tiempo para vivir y morir antes de que naciera el Sol.

¡Pero espera un minuto! Esa estrella anterior ya debe haber tenido elementos de pico de hierro en su interior para actuar como una "semilla" para la producción de bario en el proceso s. Estos no fueron y no pudieron ser hechos dentro de esa estrella. Deben haberse formado en una estrella anterior, probablemente una estrella masiva, que ardió a través de todas las etapas de fusión nuclear antes de explotar como una supernova, arrojando elementos pesados, incluidos elementos de pico de hierro, al medio interestelar. Esta estrella anterior también podría haber tenido sus propios ancestros (ricos en metales), pero finalmente, a medida que retrocedemos en el tiempo, llegamos a un punto en el que la estrella anterior fue la primeraestrella de generación, hecha de gas primordial H/He, casi sin elementos pesados. Esta primera generación (también conocida como estrellas de la población III, solo para confundir) probablemente fue muy masiva y de corta duración: unos pocos millones de años. Nacerían cuando el universo tenía unos cientos de millones de años y no podemos ver ejemplos de ellos en nuestra Galaxia hoy.

Para tratar de definir con mayor precisión a qué me refiero con "generación".

• Primera generación: hecha de material primordial del Big Bang.
• Segunda generación: una estrella hecha solo a partir de los detritos de las estrellas moribundas de la primera generación, enriquecida en elementos pesados ​​pero carente de elementos primarios del proceso s.
• Tercera generación: una estrella hecha de material ya enriquecido en elementos pesados ​​e que incluye elementos que se producen en el proceso s dentro de estrellas anteriores de segunda (o tercera) generación.

Es por eso que afirmo que el Sol puede clasificarse como una "estrella de tercera generación": contiene átomos/núcleos que deben haber estado dentro de al menos dos estrellas anteriores.

Pero no debes tomar esto demasiado literalmente. Hay granos de material atrapados dentro de los meteoritos que consisten en sólidos que ya estaban presentes en el material presolar. Estos son importantes porque se pensaba que estos granos se habían formado en eventos estelares individuales y se pueden estudiar sus composiciones isotópicas. Estos nos dicen que el Sol se formó a partir de material que ha estado dentro de muchas estrellas diferentes de diferentes tipos.

Los cálculos de evolución estelar y nucleosíntesis nos cuentan la misma historia. Por ejemplo, mientras que la mayor parte de nuestro oxígeno se produjo en estrellas masivas que sufrieron un colapso de supernova en el núcleo, tales eventos no producen tanto carbono. La relación C/O nos dice que la mayor parte de nuestro carbono proviene de los vientos de las estrellas AGB de masa intermedia. Los elementos pesados ​​como el uranio pueden producirse predominantemente en las colisiones de estrellas de neutrones, pero otros, como el bario y el estroncio, no.

Los detalles de cuántos ancestros han contribuido al Sol no tienen una respuesta simple. Gran parte del hidrógeno y el helio solares podrían ser prístinos; algunos habrán pasado por más de una estrella. Los elementos más pesados ​​(salvo algo de litio) habrán pasado por al menos una estrella. El hecho de que tengamos elementos del proceso s como Ba, Sr, La y Ce, que se forman por captura de neutrones en elementos con pico de hierro, nos dice que han pasado por al menos dos estrellas.

Sin embargo, estas son grandes subestimaciones. La mezcla en el medio interestelar es razonablemente efectiva. El material arrojado por las supernovas y los vientos estelares hace entre 5 y 12 mil millones de años ha tenido mucho tiempo para mezclarse en toda la Galaxia antes del nacimiento del Sol. La turbulencia y las inestabilidades de cizallamiento, impulsadas por los vientos y las supernovas de estrellas masivas, deberían distribuir material en escalas de longitud galáctica en mil millones de años o menos ( Roy y Kunth 1995 ; de Avillez y Mac Low 2003 ), aunque las faltas de homogeneidad locales asociadas con las cercanías recientes Los eventos pueden persistir durante$10^{8}$años. Si este es el caso, entonces el Sol es el producto de la$\sim$mil millones de estrellas que murieron antes de que naciera.

La razón por la que está confundido con el argumento de su vida es que ha ignorado la posibilidad de que el Sol esté formado por estrellas que vivieron al mismo tiempo en diferentes partes de la Galaxia. El material que expulsaron cerca del final de sus vidas se ha mezclado completamente.

$^1$El resto es producido por el proceso s en estrellas AGB de masa intermedia; a través de eventos de nova en enanas blancas; o quizás, en el caso de los elementos más pesados, a través de la colisión de estrellas de neutrones (ver esta pregunta de Physics SE ).

$^2$Una expresión aproximada para la vida de una estrella es$10 (M/M_{\odot})^{-5/2}$mil millones de años.