El Big Bang y el origen de los elementos químicos en la Tierra

Formación de un sistema solar (ilustración grafica) CC0 / Pixabay

Sputnik31.10.2019.-. El hidrato de helio fue una de las primeras moléculas que surgieron en el universo durante los primeros segundos después del Big Bang. Ahora, los científicos creen que las antiguas estrellas les pueden ayudar a entender mejor cómo ha sido la evolución de los elementos químicos en el universo.

Las estrellas, que abundan en el espacio, están compuestas por un 71% de hidrogeno y un 27% de helio, los dos primeros elementos químicos de la tabla periódica. A su vez, la Tierra y otros planetas concentran elementos más pesados.

El surgimiento de los primeros elementos

Los isótopos de hidrógeno como el deuterio y el tritio fueron los primeros en aparecer durante los 100 segundos posteriores al Big Bang. Posteriormente sus átomos participaron en la formación de las primeras estrellas. Los científicos consideran que en aquel entonces estos objetos celestes eran muy masivos y cien veces más pesados que el Sol. Este hecho provocó una reacción termonuclear que sintetizó el helio y las pequeñas cantidades de litio y berilio.

Las primeras estrellas eran tan calientes que no vivían durante mucho tiempo y acababan explotando, convirtiéndose en supernovas. Esta fue la etapa más importante en la evolución del universo, pues lo enriqueció con carbón, oxigeno, nitrógeno y hierro, entre otros metales.

Pasados 1.000 millones de años, el número de estrellas disminuyó considerablemente. En estas circunstancias la formación de hierro y de otros elementos pesados debería haberse reducido. Sin embargo, este escenario nunca tuvo lugar. Los metales empezaron a proliferar a partir de las supernovas de tipo Ya que surgían en un sistema binario compuesto por una enana blanca, explicó a Sputnik Aleksandr Lutovinov, del Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia de Ciencias de Rusia.

Sin embargo, los átomos que eran más pesados que los del hierro necesitaban más energía, y solían surgir a raíz del mecanismo por el que los neutrones capturaban el núcleo atómico y provocaban la desintegración beta hasta las formas más estables, como el uranio y el estroncio. Precisamente esta reacción estaba detrás de la síntesis de la mitad de los átomos estables. Otra mitad surgió a raíz de las reacciones más lentas, los llamados proceso s y proceso r, que requieren la participación de neutrones con densidad más alta.

Una galaxia antigua revela sus secretos

Los estudios encaminados a encontrar rastros de elementos químicos en el espacio contribuyeron al surgimiento de una nueva rama en la ciencia moderna: la arqueología galáctica. Las antiguas estrellas que se formaron tras el Big Bang en los confines de las galaxias hace aproximadamente 13.000 millones de años son su principal sujeto de investigación. Los científicos consideran que con su ayuda podrán echar un vistazo a la cuna del universo y entender cómo empezó la evolución de los elementos químicos.

En 2015 los astrofísicos descubrieron la galaxia enana Reticulum 2. Es muy pequeña y débil, dado que alberga tan solo varios miles de estrellas. Siete de sus nueve astros más brillantes contienen bario y europio sintetizados allí como resultado de la implementación de los procesos r. Precisamente esta galaxia hizo que los científicos pensaran que la fusión de dos estrellas de neutrones fue el primer laboratorio químico en el universo. Los descubrimientos que comprobarían esta hipótesis no se hicieron esperar.

En agosto de 2017 los observatorios Ligo y Vigo detectaron la señal de una onda gravitatoria denominada GW170817 que se había generado a raíz de la fusión de dos estrellas de neutrones.

Posteriormente, el Very Large Telescope Project del Observatorio Europeo del Sur (ESO), situado en Chile, descubrió una kilonova tras estudiar el lugar de fusión de estas estrellas. Se cree que esta fuerte señal de radiación electromagnética es el rastro radiactivo que suele dejar la síntesis de isotopos pesados e inestables.

Aunque los científicos lograron detectar la presencia de elementos pesados en el espectro de esta kilonova, no pudieron determinar con certeza de cuáles se trataba. Recientemente los investigadores de ESO lograron identificar el estroncio que suele surgir en grandes cantidades durante la primera fase de fusión de las estrellas de neutrones.