Ciclo del carbono
A TRAVÉS DEL MAR DE SOLES

En 1938 Hans Albrecht Bethe y Charles Critchfield propusieron las dos secuencias fundamentales de reacciones de fusión nuclear que constituyen la fuente de energía de las estrellas. La cadena protón-protón es la fuente primaria de energía de una estrella en la secuencia principal, pero una estrella más brillante y caliente de lo normal dispone de otro mecanismo para fusionar hidrógeno en helio

El ciclo del carbono recibe dicho nombre porque es una secuencia cíclica de reacciones de fusión, en la que un isótopo de carbono se va transformando en otros elementos mientras se produce energía, para regenerarse al final del ciclo. El carbono constituye por lo tanto un catalizador. El ciclo del carbono funciona además únicamente en estrellas cuyo núcleo se halle a una temperatura de entre 20 y 30.000.000 ºC, más del doble de la temperatura requerida por la cadena protón-protón. Una estrella con temperaturas de ese orden realiza la mayor parte de la fusión del hidrógeno a través de este ciclo.

En la primera reacción del ciclo un isótopo del carbono, el carbono-12, con seis protones y seis neutrones, actúa como iniciador ganando un protón (es decir, un núcleo de hidrógeno, más propiamente protio). El carbono-12 se transforma así en nitrógeno-13, y se produce además un fotón de rayos gamma (esto es, energía). El nitrógeno-13 es un isótopo inestable, que se desintegra dando un positrón, un neutrino y de nuevo carbono. Pero el isótopo de carbono obtenido es ahora carbono-13, que posee un neutrón más en el núcleo.

El carbono-13 se fusiona a continuación con otro átomo de hidrógeno para dar nitrógeno-14, produciéndose de nuevo un fotón. En la siguiente reacción el nitrógeno-14 se fusiona a su vez con otro protón para dar más energía en forma de un fotón y un isótopo del oxígeno, oxígeno-15. El oxígeno-15 es tan inestable como el nitrógeno-13, y se desintegra en una reacción similar dando un positrón, un neutrino y nitrógeno-15.

Se produce ahora la última reacción del ciclo. El nitrógeno-15 se fusiona con otro protón, y se obtienen el ansiado helio, un isótopo de carbono-12 y energía.

La ecuación global del ciclo arroja un balance similar al de la cadena protón-protón. En de seis reacciones cuatro protones se combinan, usando intermedios, para dar helio-4, fotones (es decir, energía), positrones (que se aniquilan con electrones para dar más energía en forma de rayos gamma) y los inevitables neutrinos. Como vemos, el carbono se recupera al final (o al principio, según se mire), del ciclo.

Todos los isótopos intermedios que hemos visto tienen como única función permitir la construcción de helio-4 fusionando protones sobre el carbono-12, como si éste fuese una especie de plantilla. El ciclo sólo puede funcionar en presencia de esos elementos, pero en realidad no es preciso que estén presentes los tres. Basta conque haya uno de ellos para que el ciclo se inicie, ya que los demás se van generando in situ. Por este motivo el ciclo del carbono es llamado en ocasiones ciclo CNO (de carbono, nitrógeno y oxígeno). De hecho, las distintas proporciones entre los isótopos de esos tres elementos permiten a los astrónomos determinar la temperatura a la que la fusión ha tenido lugar.

Existe un curioso ejemplo de ciclo del carbono en la ciencia-ficción, y es debido a Gregory Benford. En su relato EFECTOS RELATIVISTAS se muestra una estatocolectora, una nave que recoge hidrógeno del medio interestelar y que lo fusiona gracias a este ciclo. Benford recicló con posterioridad este relato en su obra A TRAVÉS DEL MAR DE SOLES.

© Jacobo Cruces Colado,
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