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Quizás te has preguntado acerca del origen de todo lo que nos rodea: el oxígeno que respiramos, el carbono presente en compuestos orgánicos, los metales raros en las computadoras, el oro y la plata que componen las joyas, o incluso el hierro del cual está hecho tu vehículo favorito. Resulta que la respuesta se encuentra en el cielo.
Diversos elementos químicos se formaron poco después del Big Bang o a lo largo de miles de millones de años en el interior de las estrellas, en las explosiones de supernovas, e incluso incluso fueron producidos por los rayos cósmicos. Para comprender cómo estos elementos llegaron hasta nosotros, hay que entender la formación del mismo Sol.
La historia es parecida para la mayoría de las estrellas: estas nacen en el interior de las enormes nubes interestelares también conocidas como nebulosas. En un momento determinado, debido a su propia gravedad, estas nubes comienzan a colapsar localmente. Durante este proceso, la densidad y la temperatura del gas aumentan significativamente. Cuando la temperatura en el núcleo de tal concentración aumenta lo suficiente, comienzan las reacciones nucleares y nace una nueva estrella. La composición química de estas estrellas recién nacidas, y de los cuerpos celestiales más pequeños que las orbitan, como planetas, asteroides y cometas, depende en gran medida del entorno en el que nacen.
Glóbulo de Bok Barnard 68. Fuente: Wikipedia/ESO.
Sin embargo, las nebulosas difieren entre sí. Los llamados Glóbulos de Bok son oscuros y tienen masas relativamente pequeñas: la cantidad de materia en ellos equivale a entre dos y cincuenta veces la masa del Sol. Un ejemplo de un Glóbulo de Bok es Barnard 68, que se encuentra a unos 400 años luz de distancia. Los científicos predicen que en su interior se formará una estrella dentro de los próximos 200,000 años. Su tamaño será solo un poco mayor al de nuestro Sol.
El otro extremo está representado por el Complejo de Nubes Moleculares de Orión, compuesto por numerosas nebulosas reflectantes, que se encuentra a más de 1000 años luz de nosotros. La masa de todas estas nubes equivale a 100,000 masas solares. En sus interiores se están formando miles de estrellas. La mas conocida de las nubes es la Nebulosa de Orión, que puede observarse incluso a simple vista y representa solo una pequeña parte de este complejo.
Dentro de las vastas nebulosas pueden formarse estrellas masivas, menos comunes pero con un gran impacto sobre sus hermanas en formación. Estas estrellas emiten un gas similar al viento solar, sin embargo sus vientos estelares son mucho más intensos y transportan elementos pesados como el aluminio y el magnesio. Las estrellas de gran masa agotan rápidamente su suministro de hidrógeno y pueden explotar como supernovas en tan solo unos pocos millones de años. En este proceso, esparcen elementos aún más pesados, como el hierro y el cobalto, por la nebulosa circundante.
Uno de los misterios que los científicos están tratando de resolver es como fue el entorno en el que nació el Sol. A pesar de que nuestra estrella tiene una edad de 4.6 mil millones de años y ha abandonado hace mucho tiempo su lugar de nacimiento, los científicos pueden inferir las características de ese entorno al analizar la composición química de los sólidos más antiguos en nuestro Sistema Solar. Estos se ocultan en antiguos meteoritos conocidos como condritas que representan el 80% de todos que caen a la Tierra.
Estos sólidos antiguos se formaron cuando el Sol aún estaba en su infancia. Entonces, la densa nube de gas rodeaba al joven Sol, que los astrónomos llaman la «nebulosa solar». En el plano ecuatorial esta se había condensado en un disco protoplanetario donde la temperatura alcanzaba unos 1300 K. A medida que el disco se enfriaba, la materia en él empezó condensarse, y se formaron las primeras partículas sólidas. Estas partículas se fundieron en múltiple veces debido a diversos procesos en el disco, lo que condujo a la formación de pequeñas esferas llamadas los cóndrulos. Algunas de ellas han sobrevivido hasta nuestros días. En 2012, los científicos determinaron la edad de los cóndrulos en el meteorito Allende en 4567.32 millones de años, lo que representa la edad del Sistema Solar.
Para discernir en qué tipo de entorno se originó el Sol, los científicos estudian la concentración de ciertos elementos que se encuentran adentro de los cóndrulos, que se formaron debido a la desintegraciónradioactiva de dos isótopos: aluminio 26 (26Al) y hierro 60 (60Fe). La vida media del primero es de aproximadamente 700,000 años y se forma en el núcleo de estrellas masivas. Poco antes de su muerte, cuando estas estrellas se expanden considerablemente, vientos intensos transportan el 26Al a su entorno. Por otro lado, la vida media del 60Fe es de 2.6 millones de años. Este isótopo se forma en las explosiones de supernovas. Estas vidas medias son mucho menores que la edad del Sol, por lo que ambos isótopos no se encuentran en los cóndrulos. Únicamente podemos encontrar los productos de su desintegración radiactiva. Los científicos miden las concentraciones de estos productos e infieren la concentración de ambos isótopos en el momento en que nació el Sol.
Un avance significativo fue dado recientemente por un grupo de astrónomos liderado por Richard J. Parker de la Universidad de Sheffield. Utilizando modelos computacionales, estos científicos calcularon la concentración de 26Al y 60Fe en una nebulosa solar simulada, asumiendo que la nube interestelar de origen contenía 1500 estrellas. En sus simulaciones, Parker y sus colegas variaron las propiedades de la nube, siendo las más importantes la densidad de las estrellas y la abundancia de las más masivas. Sus hallazgos demostraron que el Sol en formación estuvo sujeto a intensos vientos estelares y explosiones de supernovas, lo que significa que la nube en la que nació se asemejaba más al Complejo de Orión que a la nebulosa Barnard 68.
Es intrigante destacar que un grupo independiente de científicos dirigido por Doris Arzoumanian del Observatorio Astronómico Nacional de Japón llegó a conclusiones que coinciden con las del equipo de Parker. Descubrieron que cerca del joven Sol explotó por lo menos una supernova, un evento que podría haber tenido un impacto devastador en el Sistema Solar en desarrollo, no obstante logramos evitar ese terrible destino. Al mismo tiempo, esta poderosa explosión enriqueció aún más los cóndrulos con el 26Al.
Los cóndrulos en el meteorito Allende. Fuente: Wikipedia.
Finalmente, cabe señalar la estrecha conexión entre estos descubrimientos y nuestra propia existencia. Si examinamos nuestros cuerpos, vemos que estamos compuestos en gran parte por cuatro elementos: el oxígeno representa el 65% de la masa de nuestros cuerpos, seguido por el carbono (18.5%), el hidrógeno (10%) y el nitrógeno (3.2%). Otros elementos, como calcio, fósforo, potasio, azufre, sodio, cloro y magnesio, también forman parte de nosotros en proporciones menores. Gran parte de estos elementos, a excepción del hidrógeno, se formaron en el núcleo de estrellas masivas que se encontraban en el entorno donde nació el Sol. Así que, en última instancia, estamos hechos de los mismos átomos que una vez conformaron estrellas distantes y que luego atravesaron distancias enormes a través del espacio interestelar a velocidades de varios miles de kilómetros por segundo. Al estudiar el origen del Sol, también estamos explorando nuestro propio origen. Parafraseando al mago Prospero de Shakespeare: Somos de la misma sustancia que las estrellas.
Lecturas adicionales para los más curiosos:
- Andreas Burkert and João Alves, The Inevitable Future of the Starless Core Barnard 68, 2009, The Astrophysical Journal, 695, 1308, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/695/2/1308
- R. J. Parker et al., Short-lived radioisotope enrichment in star-forming regions from stellar winds and supernovae, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4, June 2023, Pages 4838–4851, https://doi.org/10.1093/mnras/stad871
- Connelly, J. N.; Bizzarro, M.; Krot, A. N.; Nordlund, A.; Wielandt, D.; Ivanova, M. A. (2012). “The Absolute Chronology and Thermal Processing of Solids in the Solar Protoplanetary Disk”. Science. 338 (6107): 651–55. Bibcode:2012Sci…338..651C. doi:10.1126/science.1226919. PMID 23118187.
- Ruzmaikina, T., Ip, W., 1994. Chondrule formation in radiative shock. Icarus 112, 430–447.
- Arzoumanian et al. “Insights on the Sun Birth Environment in the Context of Star Cluster Formation in Hub–Filament Systems”, the Astrophysical Journal Letters, 947, L29, 2023, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acc849
- Chemical Composition of the Human Body, https://www.thoughtco.com/chemic
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