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El sol es una bola de hidrógeno tan grande que la presión gravitacional en el centro separa los electrones de los átomos de hidrógeno y empuja a los protones con tanta fuerza que se pegan entre sí. La "adherencia" eventualmente crea helio y también libera energía en forma de fotones de rayos gamma. Esos fotones se abren paso a través de las partículas en el sol, perdiendo algo de energía en el camino y finalmente saliendo del sol como rayos X, infrarrojos y luz visible. El camino desde el centro hasta la salida del sol toma muchos pasos y muchos años.
Rayos gamma
La creación de helio a partir de hidrógeno en el núcleo del sol es un proceso de tres etapas que libera directamente un rayo gamma e indirectamente libera otro. Los rayos gamma son radiación electromagnética, al igual que las microondas, la radio y las ondas de luz, lo que significa que viajan a la velocidad de la luz: 300,000 kilómetros por segundo (186,000 millas por segundo). El sol tiene un radio de aproximadamente 700,000 kilómetros (435,000 millas). Por lo tanto, podría esperar razonablemente que un rayo gamma salga del sol unos 2.3 segundos después de su creación. Pero eso no sucede.
Colisiones
En el núcleo del sol, los protones y los núcleos de helio son tan gruesos que un rayo gamma emitido no puede llegar muy lejos antes de ser absorbido. Si imagina que se emite un rayo gamma justo en el centro del sol, comenzará a dirigirse hacia la superficie. Cuando choca contra un protón, el resultado de la colisión es un protón con energía extra. El protón cede esa energía extra al emitir otro fotón de rayos gamma. Pero este podría dirigirse en cualquier dirección, incluso desde donde comenzó. Y así sigue, con el rayo gamma dirigiéndose de una colisión a otra, cambiando su dirección cada vez que es absorbido y reemitido.
La caminata aleatoria
Imagina que hay un chico tan borracho que necesita aferrarse a un poste ligero para ponerse de pie. Quiere llegar al siguiente poste de luz, a solo 10 pasos de distancia, pero está tan borracho que no puede caminar en línea recta. Diablos, está tan borracho que después de dar un paso, su próximo paso podría estar en cualquier otra dirección. Eso es lo que los físicos y matemáticos llaman un problema de "caminata de borrachos" o "caminata aleatoria". La pregunta es, ¿cuánto tiempo le tomará a ese tipo pasar de una farola a la siguiente? La respuesta es que si su punto de partida y su punto final están separados por 10 pasos, le tomará, en promedio, 100 pasos para llegar allí, eso es 10 al cuadrado. Esa es la misma situación que enfrenta un rayo gamma en el núcleo del sol.
Supuestos
Cuando intentas resolver un problema de caminata aleatoria, lo más importante que debes saber es qué tan grandes son los pasos. Hay dos problemas para resolver eso para un fotón de rayos gamma en el sol. Primero, las condiciones no son las mismas en todo el sol, por lo que la distancia entre los "rayos" de rayos gamma cambia con otras partículas. En segundo lugar, nadie ha visitado el centro del sol, por lo que es necesario hacer algunas suposiciones. Hay todo tipo de suposiciones razonables, que varían desde una décima de milímetro hasta aproximadamente un centímetro. La elección de esta distancia tiene un gran impacto en el cálculo del tiempo.
Cuánto se tarda
El radio del sol es de 700,000 kilómetros, que son 7 billones de "pasos" si cada paso es una décima de milímetro, y 70 mil millones de pasos si cada paso es 1 centímetro. Por el problema del caminar de los borrachos, usted sabe que el número promedio de pasos que se necesita para obtener una cierta distancia es igual al cuadrado del número de pasos que se tomaría para ir en línea recta. Por lo tanto, tomaría 49 billones de billones de pasos de 0.1 milímetros y 490 billones de billones de pasos de 1 centímetro cada uno. El tiempo que lleva recorrer esos pasos es la distancia total dividida por la velocidad de la luz. Entonces, si crees que los fotones solo viajan 0.1 milímetros entre choques, el fotón tardará más de medio millón de años en escapar del sol. Si crees que se trata de un centímetro, el fotón tardará unos 5.000 años en salir del sol.