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La química de las estrellas
Por Mónica Rodríguez Guillén (INAOE)
Una de las meteduras de pata más famosas de la historia de la ciencia se debe al filósofo
Auguste Comte, quien en 1835 afirmó que nunca podríamos determinar la composición química
de los cuerpos celestes; sólo 24 años más tarde, dos después de la muerte de Comte, Gustav
Kirchhoff mostró que un componente de la sal común, el sodio, está presente en el Sol.
La técnica usada por Kirchhoff, la espectroscopia, descompone la luz emitida por una fuente en
sus longitudes de onda o energías, formando su “espectro” (como sucede con el arcoíris, donde
cada color corresponde a una energía); a continuación, se identifican las bandas oscuras o
brillantes que aparecen sobre el fondo de luz. Cada átomo o molécula emite o absorbe luz a unas
energías específicas, que sirven como su huella dactilar y permiten identificarlo.
El descubrimiento de Kirchhoff inspiró a otros científicos a obtener espectros
http://www.ucm.es/info/Astrof/users/jaz/TRABAJOS/COLOR/info.html de fuentes
astronómicas: estrellas, nebulosas, cometas. Hoy en día la espectroscopia sigue siendo una de las
herramientas más poderosas de los astrónomos, pero su resultado más impactante fue el que
encontró en primer lugar: todas las estrellas (nebulosas y cometas) están formadas del mismo
tipo de partículas que nosotros y nuestro planeta; esto es, estamos hechos del material que
conforma a las estrellas; sólo cambian las proporciones.
Una estrella típica consiste en unas tres cuartas partes de hidrógeno y una cuarta parte de helio.
Esto deja poco, alrededor de dos por ciento, para el resto de los elementos, incluidos los más
comunes en la Tierra y en nuestros cuerpos, como carbono, oxígeno, nitrógeno, silicio y hierro.
El predominio de los átomos de hidrógeno y helio en el Universo se debe a que son los más
sencillos y pudieron formarse fácilmente tras el Big Bang
http://es.wikipedia.org/wiki/Teoria_del_Big_Bang, la gran explosión en la que se originó el
Universo. Con respecto a los otros elementos, el descubrimiento de sus orígenes es uno de los
grandes triunfos de la ciencia del siglo XX. Y tiene que ver con lo que fue en su día un misterio:
¿por qué brillan el Sol y las estrellas?
Durante el siglo XIX se exploraron posibles respuestas a esta pregunta. ¿Podría el Sol estar
quemando algún tipo de combustible químico, como carbón o petróleo? ¿O tal vez la energía
emitida era gravitacional y el Sol estaba contrayéndose y calentándose? Estas explicaciones
tenían el siguiente problema: predecían para el Sol unos millones de años de vida, después de los
cuales se agotaba su energía. Pero los geólogos de entonces estimaban que la Tierra tenía al
menos unos mil millones de años. Y no parecía probable que la Tierra fuera más vieja que el Sol.
La solución a este problema tuvo que esperar al siglo XX; tiene que ver con la fórmula de
Einstein, E = m c2, la cual nos indica que materia y energía son equivalentes: una se puede
transformar en la otra. Algunos científicos notaron que juntando cuatro núcleos de los muy
abundantes átomos de hidrógeno, podría producirse un núcleo de helio. Además, como los cuatro
núcleos de hidrógeno tienen más masa que el de helio, la diferencia en masa puede convertirse
en energía. A su vez, los núcleos de helio pueden servir de base para construir otros elementos
más pesados.
Las altas densidades y temperaturas que se alcanzan dentro de las estrellas permiten que sucedan
estas “reacciones nucleares”. Esta fuente de energía es más eficiente que las anteriores,
permitiendo tiempos de vida para el Sol y las estrellas de miles de millones de años. Así,
podemos explicar tanto la energía emitida por las estrellas como el origen de elementos como el
hierro, los cuales se forman dentro de las estrellas.
Pero entonces, ¿cómo salen al exterior para formar planetas como el nuestro?
Esto tiene que ver con el ciclo de vida de las estrellas. Las estrellas nacen en condensaciones de
grandes nubes de gas http://es.wikipedia.org/wiki/Nebulosa_de_Orión. Las condensaciones
se contraen por la gravedad hasta que su interior es tan caliente y denso como para que sucedan
las reacciones nucleares que hacen brillar a la estrella; la energía producida empuja el material
estelar hacia afuera y detiene la contracción. Ahora bien, cuando se acaba el combustible y la
estrella ha convertido su material interior en elementos pesados, no puede producir más energía,
empieza a contraerse de nuevo. Y a partir de ahí, algo tiene que ceder.
Algunas estrellas al final de sus vidas expulsan sus capas exteriores
http://observatorio.info/2009/12/la-nebulosa-ojo-de-gato-4/; lo que queda de la estrella se
calienta y luego va enfriándose muy lentamente. Esto es lo que le sucederá al Sol en unos cinco
mil millones de años. Pero las estrellas más masivas tienen un final más violento: sus vidas
acaban en una gran explosión http://www.youtube.com/watch?v=0J8srN24pSQ, aunque
parte de la estrella puede comprimirse y formar un objeto exótico, como una estrella de
neutrones http://observatorio.info/2011/03/una-estrella-de-neutrones-enfriandose/ o un
agujero negro http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro.
Entonces, al final de sus vidas las estrellas devuelven al medio parte del material con el que se
formaron, enriquecido en nuevos elementos formados en su interior. Este material estelar se
mezcla con el gas existente, de donde surgirán nuevas estrellas y sus planetas.
Es lo que sucedió en nuestro caso. Nuestro Sistema Solar se formó a partir de material
enriquecido por estrellas que nacieron y murieron mucho tiempo atrás. Y ese es el origen de la
mayoría de los átomos que forman nuestros cuerpos. No solo estamos formados del mismo
material que las estrellas; estamos constituidos de material que procede de estrellas que ya
murieron, estrellas que hace más de cinco mil millones de años brillaron en cielos que ningún ser
humano contempló.
O, visto de otra forma, no somos más que material reciclado.