Cómo las estrellas llenan el universo de polvo

El espacio interestelar no está completamente vacío, al contrario de lo que mucha gente piensa. De hecho, contiene unos pocos átomos de gas por centímetro cúbico (principalmente hidrógeno y helio) y alguna que otra partícula de polvo. Aunque estas cifras parecen insignificantes, impresionan si se extrapolan a toda la Vía Láctea: nuestra galaxia contiene el equivalente al 10-15% de la masa de sus estrellas en forma de gas interestelar. A su vez, el polvo espacial representa alrededor del 1% de la masa de gas.

O sea, que la Vía Láctea contiene una masa de polvo equivalente a la de millones de estrellas esparcida por el espacio que las separa. Pero, ¿de dónde salió toda esa polvareda espacial?

Formación de elementos

Todo apunta a que el universo surgió a partir del Big Bang. Esta hipótesis no es una elucubración teórica, sino que se sustenta en evidencias observables como la expansión acelerada del universo o la existencia de la llamada radiación fondo de microondas. Por otro lado, gracias los modelos físicos actuales y a los experimentos de colisiones de partículas, también sabemos cómo se comporta la materia cuando está sometida a las altísimas temperaturas que reinaban en el espacio durante la infancia del universo.

Gracias a estos datos sabemos que los únicos elementos que se pudieron formar después de que tuviera lugar el Big Bang son el hidrógeno y el helio, por lo que prácticamente todos los átomos de gas que inundan el espacio hoy en día son un resultado directo de este evento. Sin embargo, el polvo espacial está hecho de sustancias sólidas que están compuestas por átomos de elementos más pesados, como el oxígeno, el silicio y el hierro.

Estos elementos no aparecieron en el universo hasta cientos de millones de años después de que tuviera lugar Big Bang, cuando las regiones más densas de las grandes nubes de hidrógeno y helio del universo primigenio se empezaron a colapsar bajo su propia gravedad, formando las primeras estrellas gigantes. El núcleo de las estrellas está sometido a temperaturas y presiones tan altas que los átomos de hidrógeno que contiene se fusionan y se convierten en átomos de helio. Pero, si el astro tiene suficiente masa, su núcleo estará tan caliente y comprimido que los átomos de helio se continuarán combinando en elementos aún más pesados, como el carbono, el oxígeno, el azufre, el silicio o el hierro. O, lo que es lo mismo, el tipo de elementos que componen las rocas.

Ahora bien, esos átomos no pueden combinarse y formar materiales sólidos mientras están en el interior de una estrella, a millones de grados de temperatura.

«Arena» espacial

Las estrellas más grandes terminan su vida estallando en forma de supernova y lanzando al espacio los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio que habían producido en su interior. Los átomos de estos elementos pesados se enfrían durante su eyección al espacio y los que están lo bastante cerca logran reaccionar químicamente y combinarse. El resultado son moléculas de diferentes sustancias sólidas que se condensan en forma de granos de polvo. Ahora bien, ¿cuánto polvo puede formar el estallido de una estrella y de qué está hecho exactamente?

Un estudio de 2018 abordó esta cuestión observando los restos de una supernova llamada G54.1+0.3. Como las moléculas de cada sustancia interactúan con la luz infrarroja de manera distinta, el análisis de las diferentes longitudes de onda de la luz de G54.1+0.3 revelaría información sobre los compuestos contenidos en esa nube de gas y polvo en expansión.

Un detalle curioso que encontraron los autores del estudio fue un pico en la emisión de la luz infrarroja con una longitud de onda de 21 micrómetros, algo que sólo se había observado hasta entonces en las remanentes de la supernova Casiopea A. Este detalle sugería que entre la polvareda que produjo G54.1+0.3 hay dióxido de silicio o, lo que es lo mismo, moléculas formadas por un átomo de silicio y dos de oxígeno. Es posible que el nombre de esta sustancia os resulte familiar porque el dióxido de silicio es de lo que están hechos tanto el vidrio de las ventanas como el cuarzo, el mineral principal que compone la arena de muchas playas.

El estudio estimó que, en total, la supernova G54.1+0.3 expulsó al espacio una cantidad de polvo equivalente a entre 0,08 y 0,9 veces la masa del Sol. Este volumen de material sugiere que las explosiones de estrellas masivas han sido una fuente importante de polvo espacial desde el universo temprano. A base de colisionar entre ellos y combinarse en objetos sólidos cada vez más grandes, esos granos de polvo acaban dando lugar a planetas rocosos como el nuestro. Por tanto, este descubrimiento también confirma el viejo dicho: somos polvo de estrellas.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Aunque las supernovas son un evento astronómico muy conocido, existen otros fenómenos que llenan el espacio con elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, como las colisiones de estrellas de neutrones, las explosiones de enanas blancas o la expansión de las gigantes rojas.

REFERENCIAS (MLA):

• J. Rho et al. “A dust twin of Cas A: cool dust and 21μm silicate dust feature in the supernova remnant G54.1+0.3″. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, volumen 479, número 4, pp. 5101-5123 (2018).