Carnaval de la Física: Somos polvo de estrellas

Posiblemente, ésta sea una de las citas más célebres de la ciencia. En apenas cuatro palabras, algunas más en la versión original (We are made of star stuff) en su obra Cosmos, uno de los grandes genios de la ciencia del siglo XX como es Carl Sagan, condensa de forma maravillosa el poder de la palabra y la realidad científica.

No es sólo una poética forma de expresar nuestro origen y conectarnos con el universo que nos rodea, sino un hecho científico clave para comprender quíenes somos, de dónde venimos, y cómo hemos llegado a ser lo que somos. Esta cita aparece en numerosas ocasiones en distintos contextos pero, ¿estamos seguros de lo que significa? Hagamos un breve recorrido sobre esta cuestión y rastreemos nuestros orígenes cósmicos.

Miramos a nuestro alrededor y vemos un mundo complejo, rebosante de vida y estructuras que se han ido ensamblando a partir de pequeños componentes para construir el universo que vemos. Si vamos poco a poco acercando el microscopio vemos que a nivel fundamental, existen un puñado de elementos que hacen de bloques básicos sobre los que se asientan el resto de estructuras. La simplicidad del agua, simple hidrógeno y oxígeno, base de la vida; el carbono, clave para la biología tal y como la conocemos; silicio, fósforo, calcio… ¿de dónde salieron cada uno de ellos? ¿Cómo llegaron hasta aquí?

El proceso mediante el cual se forman los elementos que vemos en la tabla periódica se conoce generalmente como nucleosíntesis, y consta de distintos grupos en cuanto a tipo de síntesis:

• Nucleosíntesis del Big Bang: También conocida como nucleogénesis. En los primeros instantes del universo, según la teoría aceptada por la comunidad científica, se formaron principalmente los átomos de elementos ligeros, como el hidrógeno, helio, y parte de litio y berilio. Durante los primeros 300 segundos del universo, el plasma de quark-gluón generado por el Big Bang, se enfrió por debajo del billón de grados permitiendo que se “congelara” para formar protones y neutrones que formasen los núcleos de estos elementos en forma de plasma. Posteriormente, debido a la expansión y enfriamiento del universo, este plasma pudo asentarse en forma de átomos neutros.
• Nucleosíntesis estelar: En el segundo paso, los elementos ligeros generados en la nucleosíntesis del Big Bang, se unen debido a la fuerza de la gravedad en enormes bolas de gas, las estrellas. Posiblemente la nucleosíntesis estelar sea la más conocida debido a que es la que observamos de forma cotidiana. De todos es sabido que las estrellas obtienen su energía a partir de un proceso conocido como fusión nuclear. En dicho proceso, dos átomos ligeros, merced a la presión y temperatura en el núcleo de la estrella, se fusionan en un núcleo más pesado, generando una gran energía. Como si del atanor de un alquimista se tratara, distintos isótopos de elementos ligeros van fusionándose para generar elementos pesados. Del hidrógeno al helio, y llegando a elementos como el oxígeno, el carbono y el hierro y el níquel.
• Nucleosíntesis explosiva: Ya tenemos algunos de los sospechosos habituales para la vida, oxígeno, hidrógeno, carbono; así como otros elementos habituales como el hierro, calcio, fósforo etc… Pero, ¿cómo salieron de los nucleos estelares donde estaban encerrados? ¿Y cómo se formaron el resto de elementos pesados? Aquí es donde entra la nucleosíntesis explosiva. En este proceso, la muerte de una estrella da origen a los elementos más pesados, y su onda expansiva esparce estas semillas por todo el universo. Durante el proceso de nucleosíntesis estelar que vimos antes, la estrella en su proceso de fusionar elementos ligeros, conforme agota los mismos no puede mantener la generación de energía que es lo que mantiene la estabilidad del núcleo, evitando que colapse bajo la gravedad. Al faltar este proceso de generación de energía el nucleo de la estrella se contrae y estalla, liberando una gran cantidad de energía… y los elementos pesados que contiene en su interior. Durante el proceso de estallido las energías generadas en la explosión hacen que se formen átomos pesados como el uranio o torio, más pesados que el hierro y níquel de la nucleosíntesis estelar.

Podemos resumir el camino brevemente. El Big Bang generó un plasma de quark-gluones que al enfriarse generó protones y neutrones que se combinaron para formar los núcleos de los primeros elementos. Tras varias fases posteriores en el universo de enfriamiento, reionización etc… estos elementos ligeros iniciales se unieron gravitatoriamente en bola de gas que formaron las primeras estrellas, que en el interior de sus núcleos fusionaban los elementos ligeros formando otros más pesados. Finalmente, en la muerte de estas estrellas con un estallido de supernova, se forman el resto de elementos pesados y se dispersan por el universo. A partir de los restos de estos estallidos y nubes de gas se forman nuevas estrellas con planetas a su alrededor, en los que estos elementos pesados, fruto de procesos que duran miles de millones de años, se combinan para dar origen a lo que vemos.

Ahora mírate, y piensa en el maravilloso viaje que cada átomo de tu cuerpo ha realizado, desde los confines del cosmos y las entrañas de una estrella, para llegar a formar quien eres.

Fuente | Ciencia Kanija