nucleosíntesis

Un neutrón confinado en el núcleo se comporta de manera distinta a cuando está libre. Su nube de gluones, que mantiene unidos a los quarks, se comprime como un muelle bajo carga. Antes esto solo podía suponerse, pero ahora los físicos han observado el efecto directamente por primera vez.

Un lago en sequía no se vacía de inmediato. Primero aparecen en la superficie islotes de tierra firme, que se expanden, se fusionan, y solo después el agua abandona el lecho expuesto. De manera similar se comporta un cristal de mirabilita cuando pierde agua: en su superficie aparecen manchas circulares de sal anhidra que crecen en anchura y luego comienzan a profundizarse.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella que explotó, comprimido tan fuertemente que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Dentro de ese objeto, los protones y neutrones están empaquetados muy juntos, y bajo una presión enorme pueden aparecer hiperones —partículas que contienen un quark extraño.

Dos estrellas, AF Lep A y ε Indi A, se convirtieron en el centro de atención. Con el espectrógrafo GHOST en el telescopio Gemini, los astrónomos descompusieron su luz en colores y, mediante las líneas de absorción, determinaron cuánto carbono, oxígeno, azufre y otros trece elementos hay en sus atmósferas.

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.

La vida del par entrelazado de tripletes en la proteína es de unos 60 picosegundos, ocho veces más que en disolución. La luz solar es como un flujo continuo de pelotas que chocan contra una pared.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

Cuando dos núcleos atómicos chocan, nace una diminuta bola de fuego. Vive un instante, pero en su interior se suceden épocas enteras: compresión, calentamiento, expansión.

En los centros de muchas galaxias se ocultan enormes agujeros negros. Los rodea una densa nube de plasma ardiente que emite un brillo intenso de rayos X.

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.

14 segundos. Eso es lo que tarda el nuevo código en tejer el espectro completo de una estrella, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano.

Los neutrinos solares son partículas diminutas que nacen en el interior del Sol a razón de billones cada segundo. Atraviesan la Tierra casi sin notarla y durante mucho tiempo se los consideró absolutamente estables. Pero quizás también ellos puedan "envejecer": desintegrarse imperceptiblemente y desaparecer en su camino hacia nosotros.

Un reloj de arena en el que los granos se transformaran en otros mientras caen: así son los núcleos atómicos inestables. Viven un instante y se desintegran, expulsando un electrón (esto es la desintegración beta).

La velocidad de 7,5 kilómetros por segundo es una línea divisoria: a partir de ella, una colisión cósmica convierte los granos de polvo en un reactor químico. En el medio interestelar pululan diminutos granos de polvo cósmico — herencia de estrellas moribundas.

La explosión de una supernova desprende las capas externas de la estrella moribunda. Queda el núcleo: una estrella de neutrones, compactada en una esfera del tamaño de una ciudad. La existencia de estas estrellas fue predicha ya en 1934 por Fritz Zwicky.

3 milisegundos antes de la fusión. Un enorme agujero negro, girando a una velocidad frenética, atrae hacia sí una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol.

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 cucharadita colmada, y la báscula marca mil millones de toneladas. Eso pesaría aproximadamente la materia de una estrella de neutrones si pudiéramos sacarla y pesarla. Estos objetos nacen tras la explosión de una supernova: el núcleo de la estrella se comprime hasta formar una esfera del tamaño de una ciudad, y la densidad supera a la del núcleo atómico.

En 1946, propuso un método que revolucionó la arqueología: determinar la edad mediante la desintegración del radiocarbono. El reloj avanza: cada 5730 años, la mitad de los átomos desaparece. Pero, ¿por qué tan lentamente? Para un núcleo ligero, esto es una anomalía: las vidas típicas son millones de veces más cortas. El misterio se mantuvo durante siete décadas.

Erwin Schrödinger reflexionó sobre cómo la vida mantiene el orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica. Ni siquiera podía imaginar que parte de la respuesta se oculta en la inestabilidad de las estrellas gigantes.

Cuando una estrella gigante colapsa en una supernova o dos bolas de neutrones se fusionan en una danza cósmica, billones de neutrinos se llevan la energía del cataclismo.

Una vieja fábrica donde, en lugar de máquinas, hay núcleos atómicos y el entorno hierve con radiación de neutrinos. Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo se comprime cien veces y la temperatura se dispara a miles de millones de grados.

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.

Cuando dos estrellas de neutrones — los núcleos superdensos de astros muertos — colisionan, nace una kilonova: una explosión mil veces más brillante que una nova ordinaria. Es un auténtico taller de fundición del Universo.

El núcleo de carbono se representó durante mucho tiempo como una esfera homogénea de protones y neutrones, uniformemente mezclados como una masa. Pero el físico George Gamow sospechaba algo distinto: las partículas en su interior podrían agruparse en diminutos bloques muy compactos, los núcleos de helio, o partículas alfa.

Justo después del Big Bang, el universo era un desierto químico: solo hidrógeno y helio, ni rastro de metales. Pero pasaron instantes (en términos cósmicos) y comenzó el nacimiento de las primeras estrellas, la población III.

Imagina un bosque plantado en un solo día. A simple vista todos los árboles son iguales, pero sus anillos de crecimiento cuentan historias distintas: unos crecieron en suelo virgen, otros sobre cenizas de incendios antiguos.

En el núcleo ardiente de una estrella, dos núcleos de helio se acercan como dos bailarines en un escenario abarrotado. Su danza es la dispersión alfa, la base de la combustión estelar de helio. De la fluidez de su giro depende la rapidez con que la estrella quema su combustible. Antes, esta danza se describía de forma simplificada.

La colisión de dos estrellas de neutrones es una fragua cósmica donde, en cuestión de segundos, se forjan los elementos más pesados de la tabla periódica. En 2017, los detectores captaron ondas gravitacionales de una fusión de este tipo, y los telescopios vieron un destello: una kilonova.

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.

La galaxia NGC 1277 se parece a un libro antiguo que nadie ha abierto en miles de millones de años. Se formó rápidamente, en los albores del universo, y desde entonces apenas ha cambiado: no ha chocado con sus vecinas ni ha acumulado nuevas capas.

En un horno se hornea un pan enorme. Dentro de la masa hay una pequeña zona, la más caliente, donde comienza el crecimiento de la futura hogaza. Algo parecido ocurre en un núcleo molecular caliente (una región del tamaño del sistema solar donde el gas se calienta a cientos de grados y se comprime miles de millones de veces más denso que las nubes ordinarias).

El Universo es un cocinero genial, y el Big Bang es su receta perfecta. El hidrógeno subió esponjoso, el helio se fundió suave, pero el litio-7 parecía demasiado salado: la teoría predice tres veces más del que los astrónomos encuentran en las estrellas más antiguas.

Hielo, agua, vapor: transiciones de fase que todos conocemos. Pero, ¿qué ocurre si comprimimos y calentamos el propio núcleo atómico? Los teóricos creen que los protones y neutrones que lo forman se "funden", liberando piezas más pequeñas: los quarks y gluones del modelo estándar.

Dos estrellas de neutrones dan vueltas en una danza final. Si su giro coincide con el movimiento orbital, los compañeros se fusionan limpiamente, expulsando un chorro estrecho de materia incandescente. Pero si giran en direcciones opuestas, la danza se rompe, esparciendo un denso manto de escombros.

En 2017, los detectores captaron un temblor del espacio: ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Los telescopios encontraron de inmediato un destello de luz: una explosión cósmica que los astrónomos llamaron kilonova. En ese caldero de fuego, según se descubrió, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica: oro, platino, uranio.

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en igual cantidad. Pero hoy solo vemos materia: estrellas, planetas, nosotros mismos. ¿Dónde quedó la antimateria? Una de las pistas se esconde en partículas casi imperceptibles: los neutrinos diestros.

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.

A partir de carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre se pueden formar 10⁶⁰ moléculas pequeñas distintas: un 1 seguido de 60 ceros, más que estrellas en el universo observable. La vida solo utiliza una diminuta parte de este menú, pero no de cualquier manera.

A primera vista, el núcleo atómico es como un piso compartido y apretado donde protones y neutrones (juntos, nucleones) viven según reglas estrictas. Cada uno ocupa su órbita, como los electrones en el átomo, y en promedio todo parece ordenado.