nucleosíntesis de las primeras estrellas

Imagina a tres testigos que presenciaron el mismo evento. Dos cuentan lo mismo, el tercero dice algo distinto. ¿A quién creer? Esta es exactamente la situación en la astronomía al medir el carbono en la estrella J0815+4729, un objeto antiquísimo con un contenido de hierro récord en su baja abundancia (carbono es uno de los elementos clave…

Tres armarios con piedras. En uno, granos metálicos y el mineral gris enstatita; en el segundo, los mismos granos pero con vetas oxidadas; en el tercero, arcillas estratificadas, hinchadas de agua. Los tres conjuntos se extrajeron de meteoritos caídos en la Tierra: las condritas.

Imagina dos peonzas lanzadas sobre una mesa. Si giran en el mismo sentido, su rotación conjunta es grande; si giran en direcciones opuestas, la rotación total puede ser nula, aunque cada peonza por separado gire rápido. En una pareja de estrellas de neutrones que se aproximan antes de fusionarse, el papel de esas peonzas lo desempeñan sus rotaciones propias, los espines.

Una estrella de neutrones es lo que queda después de la explosión de una estrella masiva. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesaría miles de millones de toneladas. En tales condiciones, los protones y neutrones pueden reorganizarse y aparecen nuevas partículas: los hiperones, similares a los neutrones pero que contienen un quark 'extraño'.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una estrella de neutrones comprime la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad, y la materia de su núcleo es más densa que el núcleo atómico. Los físicos no pueden comprobar en el laboratorio cómo está hecha: no se puede generar la presión necesaria.

En los primeros 500 millones de años después del Big Bang, las galaxias crecían a un ritmo vertiginoso. El gas caía rápidamente en ellas y colapsaba en estrellas sin encontrar resistencia. Este período se conoce como 'formación estelar sin obstáculos'.

Alrededor de estrellas jóvenes giran nubes planas de gas y polvo: los futuros sistemas planetarios. En algunos de ellos se abre un vacío: el polvo y el gas han sido barridos, como si alguien hubiera adelgazado el centro de un disco de vinilo. Estos discos con huecos se llaman discos de transición.

Tras la explosión de una supernova, en el centro queda una bola densa del tamaño de una ciudad: una estrella de neutrones recién nacida. Está caliente, comprimida y tiembla como una campana después de un golpe. Esos temblores —las oscilaciones de la estrella— emiten ondas gravitacionales que los sensibles detectores en la Tierra podrían captar.

El núcleo de uranio-235 que ha capturado un neutrón lento no se desintegra de inmediato en fragmentos. Primero, parece quedarse atrapado en dos 'pozos': estados con formas diferentes. El primero, el fundamental, es una gota ligeramente alargada. El segundo, el isomérico, es una gota más estirada, pero aún sin romperse.

En el horno de la formación estelar el calor alcanza los 900 grados, como en un alto horno al rojo vivo. Es en ese infierno donde nacen los cristales cósmicos.

En las profundidades negras del cosmos, en la superficie de diminutas partículas de hielo, tiene lugar una construcción silenciosa. Allí, donde la temperatura cae casi hasta el cero absoluto y la radiación es intensa, el aminoácido glicina (el ladrillo proteico más simple) se une consigo mismo.

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

A los tres minutos del Big Bang, el universo tocaba su primera sinfonía. Era la Big Bang nucleosíntesis — la formación de núcleos ligeros, donde cada elemento sonaba con su nota, y el ritmo lo marcaba la expansión del espacio.

Una bola de billar choca contra otra en la más absoluta oscuridad. El sonido del impacto y el golpe de las bolas al caer en la tronera es todo lo que se oye. Así, más o menos, estudian los físicos las interacciones entre partículas elementales a energías que ningún acelerador terrestre puede reproducir.

El Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.

Los primeros tres minutos después del nacimiento del mundo son una cocina cósmica donde la naturaleza preparaba los núcleos atómicos más ligeros. La receta la dicta la gravedad: controla el ritmo de enfriamiento del caldo caliente de partículas.

El telescopio James Webb miró hacia una época en la que el universo tenía menos de mil millones de años y vio objetos extraños: 'pequeños puntos rojos'. Son agujeros negros con masas de millones de soles, pero en galaxias muy compactas y químicamente casi intactas. Los escenarios estándar no logran hacer crecer tales pesos tan temprano.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

Durante mucho tiempo, los astrónomos buscaron las «fábricas» de los rayos cósmicos más energéticos — partículas que llevan en su interior un macromundo comprimido al tamaño de un núcleo atómico. Las sospechas recaían sobre colosales regiones de formación estelar como Cygnus OB2, donde chocan los vientos de jóvenes gigantes.

Espacio profundo, centro de una galaxia. Un agujero negro supermasivo está rodeado por un disco incandescente de gas y polvo. Y de repente, a través de ese velo ardiente, con una periodicidad de varias horas, pasa una estrella — como una flecha disparada por el arco de la gravedad.

Las estrellas de neutrones — restos de supernovas — son unos de los objetos más densos del Universo. Su densidad central supera varias veces la nuclear, y su gravedad solo cede ante los agujeros negros.

Las estrellas masivas son titanes cósmicos, cuyas vidas transcurren bajo el signo de una energía indomable. Cuando una de estas estrellas entra en la fase de supergigante B[e], su radiación es tan potente que, aparentemente, sería capaz de disociar cualquier molécula en átomos.

Una esfera, casi ingrávida para su tamaño, orbita la estrella cada cuatro días. El planeta TOI-2195 A b es un verdadero enigma: con una masa ligeramente mayor que Neptuno, se ha inflado hasta alcanzar volúmenes jovianos. Si existiera un océano suficientemente grande, este exoplaneta flotaría en su superficie como un balón inflable gigante.

Una olla de papilla hirviendo a fuego fuerte: las burbujas sacan los granos del fondo a la superficie. Un mecanismo similar funciona en una estrella de neutrones. Al acumular hidrógeno y helio de una estrella vecina, de vez en cuando produce una poderosa explosión nuclear: un destello de rayos X.

El cúmulo de galaxias de Perseo es una metrópolis gigante de miles de islas estelares, inundada por un océano invisible de gas ardiente. Ese gas, como el smog urbano, guarda las huellas de todas las fábricas químicas que trabajaron en las galaxias durante miles de millones de años: explosiones de supernovas que esparcen a su alrededor átomos recién forjados.

El telescopio James Webb observó el disco de gas y polvo alrededor de una joven estrella, donde nacen planetas, y por primera vez distinguió hielo de agua pesada. Esta agua no es común: en sus moléculas, el hidrógeno ordinario es reemplazado por deuterio, su primo más pesado.

El Universo está lleno de lo invisible. Sabemos de la materia oscura por la rotación de las galaxias y las lentes gravitacionales, pero su naturaleza se nos escapa desde hace un siglo.

Una estrella de neutrones es una lente gravitacional donde se enfocan nuestros intentos de vislumbrar la materia oscura. A través de su materia superdensa, como a través de un exótico cristal, buscamos el axión, una partícula esquiva capaz de explicar la masa oculta del Universo.

Las galaxias elípticas son tranquilas megápolis estelares jubiladas. Según todas las leyes, su luz debería ser serena, rojiza, como un atardecer. Pero los espectros gritan lo contrario: en el ultravioleta lejano, estas ancianas arden como guirnaldas navideñas. Durante tres décadas, los astrónomos se devanaron los sesos con este «repunte ultravioleta» (UV upturn).

Las estrellas de neutrones son «copos de nieve» cósmicos de una densidad inimaginable: una cucharada de su materia pesaría más que el monte Everest. Era un misterio qué había en sus profundidades: materia neutrónica ordinaria (un núcleo atómico gigante) o materia exótica de quarks, donde las partículas no están confinadas en neutrones.

En el corazón de la Vía Láctea, en la nube G+0.693, los astrónomos captaron una señal dulce: líneas de emisión de eritrulosa, un azúcar simple con cuatro átomos de carbono y cuatro de oxígeno.

Con ayuda del telescopio James Webb, los astrónomos se asomaron a un antiguo cuásar — el deslumbrante corazón de una galaxia, donde un agujero negro gigante succiona materia. Resultó que no solo destruye, sino que también crea: sus potentes chorros y ondas de choque actúan como un auténtico molino cósmico.

Los primeros dos mil millones de años tras el Big Bang fueron una época en la que el Universo parecía una obra en ebullición. La materia oscura aglomeraba el gas en grumos, y este se encendía con las primeras estrellas.

En el corazón de la nebulosa del Águila, a unos 7000 años luz de nosotros, se alzan tres columnas gigantes de gas y polvo: los Pilares de la Creación. Su forma es familiar para muchos gracias a las imágenes del telescopio Hubble. Ahora, la cámara infrarroja del Webb ha permitido mirar dentro de estos densos capullos donde nacen las estrellas.

Una olla de gachas hirviendo donde, en lugar de grano, hay capas de oxígeno y silicio, y el fuego debajo está a punto de apagarse, y la estrella colapsará sobre sí misma.

En un parque urbano, los árboles crecen más rápido que en un bosque profundo. No porque el suelo sea mejor, sino porque aquí chocan más a menudo sus ramas e intercambian semillas. Algo parecido hacen las galaxias en el protocúmulo de la Telaraña: un enorme cúmulo de materia que, dentro de miles de millones de años, se convertirá en un cúmulo maduro.

Un arqueólogo sostiene en sus manos no un fragmento de cerámica, sino una estrella de verdad: una huella viva de aquella época en que el universo apenas aprendía a producir algo más pesado que el litio. Precisamente un hallazgo así es el que describen los astrónomos en un nuevo estudio.

Dos transatlánticos navegan de noche sin luces. Uno fue construido en un astillero con planchas de acero; el otro parece haber brotado por sí solo de la espuma y las olas. De oído son casi indistinguibles, pero un hidroacústico experimentado captará la diferencia en el rumor de las hélices y en las líneas del casco.

Una bombilla que no se funde, sino que brilla cada vez más hasta destrozar la lámpara entera. Así mueren las estrellas más masivas del universo. Cuando el núcleo de una estrella se calienta a miles de millones de grados, comienzan a crearse pares de partículas: electrones y sus antipartículas, los positrones.

Un intérprete en una negociación importante cambia de idioma de repente, y el sentido de lo dicho se transforma por completo. Algo así hacen los neutrinos en las entrañas de una estrella moribunda. Estas partículas invisibles nacen en cantidades enormes cuando el núcleo estelar se comprime hasta quedar del tamaño de una ciudad.