Papel B 2 FH

Papel cientifico

El artículo B ² FH ^[1] fue un artículo científico histórico sobre el origen de los elementos químicos. El título del artículo es Síntesis de los elementos en las estrellas , pero se conoció como B ² FH por las iniciales de sus autores: Margaret Burbidge , Geoffrey Burbidge , William A. Fowler y Fred Hoyle . Fue escrito entre 1955 y 1956 en la Universidad de Cambridge y Caltech , y luego se publicó en Reviews of Modern Physics en 1957.

El artículo B ² FH revisó la teoría de la nucleosíntesis estelar y la apoyó con datos astronómicos y de laboratorio. Identificó los procesos de nucleosíntesis que son responsables de producir los elementos más pesados ​​que el hierro y explicó sus abundancias relativas . El artículo se volvió muy influyente tanto en astronomía como en física nuclear .

Nucleosíntesis antes de 1957

Antes de la publicación del artículo B ² FH, George Gamow defendió una teoría del Universo en la que casi todos los elementos químicos , o equivalentemente núcleos atómicos , se sintetizaron durante el Big Bang . La teoría de Gamow (que difiere de la teoría de la nucleosíntesis del Big Bang actual ) implicaría que la abundancia de elementos químicos permanecería mayoritariamente estática a lo largo del tiempo. Hans Bethe y Charles L. Critchfield habían demostrado que la conversión de hidrógeno en helio por fusión nuclear podría proporcionar la energía necesaria para alimentarestrellas , al derivar la cadena de protones de protones ( cadena pp) en 1938. ^[2] Carl von Weizsäcker ^[3] y Hans Bethe ^[4] habían derivado independientemente el ciclo CNO en 1938 y 1939, respectivamente. Por lo tanto, Gamow y otros sabían que las abundancias de hidrógeno y helio no eran perfectamente estáticas. Según su punto de vista, la fusión en las estrellas produciría pequeñas cantidades de helio, añadiendo solo un poco a su abundancia desde el Big Bang. Esta energía nuclear estelar no requirió una nucleosíntesis estelar sustancial . Los elementos del carbono hacia arriba siguen siendo un misterio.

Fred Hoyle ofreció una hipótesis sobre el origen de los elementos pesados. Comenzando con un artículo en 1946, y ampliado en 1954, ^[5] Hoyle propuso que todos los núcleos atómicos más pesados ​​que el litio se sintetizan en las estrellas . Ambas teorías coincidieron en que algunos núcleos ligeros (hidrógeno, helio y una pequeña cantidad de litio) no se producían en las estrellas, lo que se convirtió en la teoría ahora aceptada de la nucleosíntesis del Big Bang de H, He y Li.

Física en el papel

El artículo de B ² FH era aparentemente un artículo de revisión que resumía los avances recientes en la teoría de la nucleosíntesis estelar . ^[6] Sin embargo, fue más allá de la simple revisión del trabajo de Hoyle, incorporando medidas observacionales de abundancias elementales publicadas por los Burbidge y los experimentos de laboratorio de Fowler sobre reacciones nucleares. El resultado fue una síntesis de teoría y observación, que proporcionó evidencia convincente para la hipótesis de Hoyle.

La teoría predijo que la abundancia de elementos evolucionaría a lo largo del tiempo cosmológico, una idea que se puede comprobar mediante espectroscopía astronómica . Cada elemento tiene un conjunto característico de líneas espectrales , por lo que la espectroscopia estelar se puede utilizar para inferir la composición atmosférica de estrellas individuales. Las observaciones indican una fuerte correlación negativa entre el contenido inicial de elementos pesados ​​de una estrella (conocido como metalicidad ) y su edad. Las estrellas formadas más recientemente tienden a tener una mayor metalicidad.

El Universo primitivo constaba únicamente de los elementos ligeros formados durante la nucleosíntesis del Big Bang . La estructura estelar y el diagrama de Hertzsprung-Russell indican que la duración de la vida de una estrella depende en gran medida de su masa inicial, siendo las estrellas más masivas de muy corta duración y las menos masivas de mayor duración. El artículo B ² FH argumentó que cuando una estrella muere, enriquecerá el medio interestelar con 'elementos pesados' (en este caso todos los elementos más pesados ​​que el litio), a partir de los cuales se forman estrellas más nuevas.

El artículo B ² FH describió aspectos clave de la física nuclear y la astrofísica involucrados en cómo las estrellas producen estos elementos pesados. Al escudriñar la tabla de nucleidos , los autores identificaron diferentes ambientes estelares que podrían producir los patrones de abundancia isotópica observados y los procesos nucleares que deben ser responsables de ellos. Los autores invocan procesos de la física nuclear, ahora conocido como el proceso p , r-proceso , y s-proceso , a la cuenta para los elementos más pesados que el hierro. La abundancia de estos elementos pesados ​​y sus isótopos es aproximadamente 100.000 veces menor que la de los elementos principales, lo que apoyó la hipótesis de Hoyle de 1954 sobre la fusión nuclear dentro de las capas ardientes de estrellas masivas. ^[5]

B ² FH describió y analizó exhaustivamente la nucleosíntesis de los elementos más pesados ​​que el hierro mediante la captura dentro de las estrellas de neutrones libres. Avanzó mucho menos en la comprensión de la síntesis de elementos muy abundantes desde el silicio hasta el níquel. En el documento no incluye el proceso de carbono de leña , el proceso de quema de oxígeno y el proceso de silicio de leña , cada uno de los cuales contribuyen a los elementos a partir de magnesio al níquel. Hoyle ya había sugerido que la nucleosíntesis de supernova podría ser responsable de esto en su artículo de 1954. ^[5] Donald D. Clayton ha atribuido el menor número de citas al artículo de Hoyle de 1954 en comparación con B² FH como una combinación de factores: la dificultad de digerir el artículo de Hoyle de 1954 incluso para sus coautores de B ² FH, y entre los astrónomos en general; a que Hoyle haya descrito su ecuación clave solo en palabras ^{[7] en} lugar de escribirla de manera prominente en su artículo; ya la revisión incompleta de Hoyle del borrador B ² FH. ^[8]

Redacción del artículo

El físico nuclear de Caltech William Alfred Fowler utilizó su permiso sabático para visitar Hoyle en Cambridge de 1954 a 1955. La pareja invitó a Margaret Burbidge y Geoffrey Burbidge a unirse a ellos en Cambridge, ya que la pareja había publicado recientemente un extenso trabajo sobre abundancias estelares que serían necesarias para probar la hipótesis de Hoyle. El cuarteto colaboró ​​en varios proyectos mientras estuvo en Cambridge; Fowler y Hoyle comenzaron a trabajar en una revisión que se convertiría en B ² FH. Fowler regresó a Caltech con el trabajo lejos de estar completo y alentó a los Burbid a unirse a él en California. Ambos Burbidges tenían puestos temporales creados para ellos en 1956 en Caltech por Fowler para este propósito. ^{[[cita requerida ]}El primer borrador completo fue completado por los Burbidges en 1956 en Caltech, después de agregar extensas observaciones astronómicas y datos experimentales para apoyar la teoría. Margaret Burbidge, laprimera autora del artículo, completó gran parte del trabajo mientras estaba embarazada.^[9]

Algunos han supuesto que Fowler era el líder del grupo porque la redacción y la presentación para su publicación se realizaron en Caltech en 1956, pero Geoffrey Burbidge ha declarado que esto es un concepto erróneo. Fowler, aunque era un físico nuclear consumado, todavía estaba aprendiendo la teoría de Hoyle en 1955 y luego afirmó que Hoyle era el líder intelectual. ^[10] Los Burbid también aprendieron la teoría de Hoyle durante 1954-1955 en Cambridge. "No había ningún líder en el grupo", escribió G. Burbidge en 2008, "todos hicimos contribuciones sustanciales". ^[11]

Reconocimiento

B ² FH llamó la atención científica sobre el campo de la astrofísica nuclear . Al revisar la teoría de la nucleosíntesis estelar y apoyarla con evidencia observacional, B ² FH estableció firmemente la teoría entre los astrónomos.

Fowler recibió la mitad del Premio Nobel de Física de 1983 , que a veces se ha dicho erróneamente que fue por sus contribuciones a B ² FH. El comité del Nobel declaró que el premio era para las décadas de trabajo experimental de Fowler sobre las tasas de reacciones termonucleares en núcleos estelares. ^[12] contribuciones de Fowler a B ² FH incluyen la física nuclear de la s -process y el r -process . Algunos ^{[ ¿quién? ]} han argumentado que Fred Hoyle merecía un reconocimiento similar por su trabajo teórico sobre el tema, y ​​sostienen que sus puntos de vista poco ortodoxos sobre el Big Bangimpidió que le concedieran una parte del Premio Nobel. ^[13] Geoffrey Burbidge escribió en 2008, "Hoyle debería haber sido galardonado con un Premio Nobel por este y otros trabajos. Sobre la base de mi correspondencia privada, creo que una de las principales razones de su exclusión fue que se creía que WA Fowler era el líder del grupo ". ^[11] Burbidge declaró que esta percepción no es cierta y señaló los artículos anteriores de Hoyle de 1946 ^[14] y 1954. ^[5] Burbidge dijo que "el trabajo de Hoyle ha sido subcitado en parte porque fue publicado en una revista astrofísica, ^{[5] ]} y uno nuevo en ese (el primer volumen, de hecho), mientras que B ² FH se publicó en una revista de física bien establecida,Reseñas de Física Moderna . Cuandose escribió por primeravez B ² FH, los preprints se distribuyeron ampliamente a lacomunidad de física nuclear . Willy Fowler era muy conocido como líder en esa comunidad, y el Instituto de Tecnología de California ya tenía una oficina de noticias que sabía cómo correr la voz ".

En 2007 se llevó a cabo una conferencia en Caltech en Pasadena, California para conmemorar el 50 aniversario de la publicación de B ² FH, ^[15] donde Geoffrey Burbidge presentó comentarios sobre la redacción de B ² FH.

Ver también

• Papel Alpher – Bethe – Gamow

Lectura adicional

• Burbidge, E. Margaret; Burbidge, GR; Fowler, William A .; Hoyle, F. (1957). "Síntesis de los elementos en estrellas" . Reseñas de Física Moderna . 29 (4): 547–650. Código Bibliográfico : 1957RvMP ... 29..547B . doi : 10.1103 / RevModPhys.29.547 .

Referencias

1. EM Burbidge; GR Burbidge; WA Fowler; F. Hoyle (1957). "Síntesis de los elementos en estrellas" (PDF) . Reseñas de Física Moderna . 29 (4): 547. Bibcode : 1957RvMP ... 29..547B . doi : 10.1103 / RevModPhys.29.547 .
2. HA Bethe; CL Critchfield (1938). "La formación de deuterones por combinación de protones". Revisión física . 54 (4): 248. Bibcode : 1938PhRv ... 54..248B . doi : 10.1103 / PhysRev.54.248 .
3. CF von Weizsäcker (1938). "Über Elementumwandlungen in Innern der Sterne II". Physikalische Zeitschrift . 39 : 633.
4. HA Bethe (1939). "Producción de energía en estrellas" . Revisión física . 55 (5): 434. Bibcode : 1939PhRv ... 55..434B . doi : 10.1103 / PhysRev.55.434 .
5. F. Hoyle (1954). "Sobre reacciones nucleares que ocurren en estrellas muy calientes. I. La síntesis de elementos de carbono a níquel" . Suplemento de revista astrofísica . 1 : 121. Bibcode : 1954ApJS .... 1..121H . doi : 10.1086 / 190005 .
6. G. Wallerstein; et al. (1997). "Síntesis de los elementos en las estrellas: cuarenta años de progreso" (PDF) . Reseñas de Física Moderna . 69 (4): 995–1084. Código Bibliográfico : 1997RvMP ... 69..995W . doi : 10.1103 / RevModPhys.69.995 . hdl : 2152/61093 . Archivado desde el original (PDF) el 9 de septiembre de 2011.
7. Donald D. Clayton (2007). "Ecuación de Hoyle". Ciencia . 318 (5858): 1876–1877. doi : 10.1126 / science.1151167 . PMID 18096793 . S2CID 118423007 .  
8. Véase la nota a pie de página 1 en Donald D. Clayton (2008). "Fred Hoyle, nucleosíntesis primaria y radiactividad". Nuevas revisiones de astronomía . 32 : 360–363.
9. Skuse, Ben (6 de abril de 2020). "Celebrando a la astrónoma Margaret Burbidge, 1919-2020" . Cielo y telescopio . Consultado el 6 de abril de 2020 .
10. "William A. Fowler - Conferencia Nobel: Astrofísica nuclear experimental y teórica; la búsqueda del origen de los elementos". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 29 de marzo de 2018. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1983/fowler-lecture.html (ver biografía)
11. G. Burbidge (2008). "Papel de Hoyle en B ² FH". Ciencia . 319 (5869): 1484. doi : 10.1126 / science.319.5869.1484b . PMID 18339922 . 
12. "William A. Fowler - Hechos". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 28 de marzo de 2018. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1983/fowler-facts.html "William A. Fowler - Conferencia Nobel: Astrofísica nuclear experimental y teórica; la búsqueda del origen de los elementos ". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 29 de marzo de 2018. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1983/fowler-lecture.html
13. R. McKie (2 de octubre de 2010). "Fred Hoyle: el científico cuya rudeza le costó un premio Nobel" . The Guardian . Consultado el 3 de marzo de 2013 .
14. F. Hoyle (1946). "La síntesis de los elementos del hidrógeno" (PDF) . Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . 106 (5): 343. Código Bibliográfico : 1946MNRAS.106..343H . doi : 10.1093 / mnras / 106.5.343 .
15. "Astrofísica nuclear: 1957-2007 - más allá de los primeros 50 años" . Instituto de Tecnología de California . Julio de 2007. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2011 . Consultado el 14 de abril de 2011 .