El nacimiento de planetas y galaxias

por Fran J. Velasco Lozano

Las primeras estrellas del Universo nacieron del gas primigenio, que estaba compuesto en un 75% de hidrógeno y en un 25% de helio. Sin nada más que hidrógeno y helio no habría planetas, ni existiría la vida tal y como la conocemos. Pero entonces, unos quinientos millones de años tras el Big Bang, las primeras estrellas comenzaron a crear elementos más pesados fusionando los átomos.

La fusión nuclear se da en el núcleo de las estrellas también en la actualidad; el Sol, a unos 150 millones de kilómetros de nosotros, está realizando ahora mismo este magnífico proceso.

La fusión nuclear consiste en que dos o más átomos se fusionan para formar un solo átomo de un elemento más pesado. Por ejemplo: dos átomos de helio (formados cada uno por dos protones, dos neutrones y dos electrones) se unen formando uno de berilio (formado por cuatro protones, cuatro neutrones y cuatro electrones). Así, en el interior de los primeros soles, los elementos ligeros se “cocieron” y dieron paso a elementos más pesados, esto se conoce como nucleosíntesis.

Las estrellas primogénitas del Big Bang, al igual que la mayoría de las actuales, se componían principalmente de hidrógeno que al fusionarse da paso al helio. El helio, más pesado, cae literalmente al núcleo y la estrella aumenta progresivamente su temperatura a medida que se agota el hidrógeno.

Cuando la mayor parte del hidrógeno se ha consumido, la estrella empieza a quedarse sin combustible para producir la fusión nuclear y la gravedad, ahora sin oposición, empieza a comprimir la estrella. Aplastada bajo su propio peso, la estrella aumenta de presión y, en consecuencia, de temperatura.

Finalmente, en el núcleo la temperatura alcanza los cien millones de grados y, ahora sí, el helio comienza también a fusionarse. Dos átomos de helio forman uno de berilio y éste se une a un tercer átomo de helio para formar uno de carbono.

El proceso continúa hasta formar la mayor parte de los elementos necesarios para la vida, como el oxígeno que respiramos o el calcio de nuestros huesos. Es sorprendente que podamos afirmar seriamente una frase tan aparentemente mística como “somos hijos de las estrellas”, pero los átomos que nos constituyen fueron creados por ellas. Sin embargo, el proceso no finaliza con la fusión nuclear.

En el interior de una estrella pueden formarse elementos cada vez más pesados, pero hay un límite: el hierro; cuando la estrella empieza a crear hierro, su vida está llegando al final.

No todas las estrellas llegan a formar hierro, solamente las más pesadas; otras de menor tamaño, como nuestro Sol, solo llegan a formar carbono y después se van enfriando hasta convertirse en una enorme esfera de carbón, que con el tiempo formará en su interior un gigantesco diamante.

Pero las estrellas más masivas fusionan el carbono, el neón, el oxígeno y el silicio, hasta que finalmente forman hierro. El hierro necesita una gran cantidad de energía para fusionarse, más de la que puede producir la estrella, y se va acumulando en su núcleo.

Sin fusión nuclear, el peso de la propia estrella empieza a presionar el núcleo hasta que éste colapsa al llegar a una densidad crítica. Al colapsar el núcleo, la gravedad supera la fuerza de repulsión de los electrones, que normalmente separan unos átomos de otros. Tras el colapso, lo que antes eran los átomos del núcleo pasa a ser una gran masa de neutrones, lo cual libera una gran cantidad de energía. Las capas superiores de la estrella salen expulsadas en una gran explosión conocida como supernova; el núcleo queda entonces al descubierto, convertido en una estrella de neutrones o, en las estrellas más masivas, en un agujero negro. La supernova es tan energética que expulsa el material de las capas superiores a grandes distancias y eleva su temperatura hasta un punto en que incluso el hierro consigue fusionarse: así se forman los elementos más pesados, como el oro o la plata.

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Imagen de nasa.gov

Tras las primeras explosiones de supernova, los elementos necesarios para formar el cosmos que conocemos estaban por fin creados y esparcidos en el vacío, en lo que se conoce como nebulosas planetarias. Los elementos más ligeros formaron nuevas estrellas; los más pesados, planetas como la Tierra. Nosotros mismos y el suelo que pisamos estamos hechos de los restos de estrellas que vivieron y murieron hace miles de millones de años. Por el arte de la gravedad, los elementos pesados se condensaron en rocas cada vez mayores que orbitaban alrededor de las nuevas estrellas; al ser estas rocas lo suficientemente masivas, la gravedad las volvió esféricas. Los protoplanetas siguieron fundiéndose los unos con los otros y finalmente algunos alcanzaron el tamaño de planetas. Hoy podemos ver alrededor del Sistema Solar, más allá de la órbita de Neptuno, los restos de la nebulosa planetaria que dio origen a la Tierra y al Sol: forman lo que se conoce como el cinturón de Kuiper y, más allá, la nube de Oort. Entre estos restos se encuentra el planeta enano Plutón, que no llegó a alcanzar el tamaño de planeta durante la formación del Sistema Solar.

Otro producto de las primeras supernovas resultó de vital importancia para organizar el cosmos que conocemos: los agujeros negros. Hoy sabemos que la mayoría de las galaxias tienen en su centro un agujero negro súper-masivo con millones de veces la masa del Sol. Después de que las estrellas se unieran en cúmulos, atraídas por la gravedad y con la disposición dictada por la materia oscura, empezaron a girar alrededor de los agujeros negros súper-masivos formando las galaxias espirales que hoy observamos. A medida que colisionaban y se fundían unas con otras, las galaxias aumentaban de tamaño y los agujeros negros de sus centros acababan por encontrarse también, provocando las colisiones más masivas que ha conocido el cosmos. De esta manera, los agujeros negros resultaron unos estabilizadores cruciales en el nacimiento y la evolución de las galaxias.

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Imagen de nasa.gov

Los extraordinarios procesos del cosmos, como la nucleosíntesis y la evolución galáctica, dieron origen a la Tierra y a la Vía Láctea. La Tierra y el Sol tienen unos 5.000 millones de años, la Vía Láctea unos 13.200 millones. Los cosmólogos consideran que el Universo tiene unos 13.700 millones de años, pero está lejos de su final: continúa evolucionando, cambiando, el espacio continúa expandiéndose provocando que las galaxias estén cada vez más alejadas las unas de las otras. Precisamente esta observación ayudó a imaginar que hace mucho tiempo las galaxias debían estar más juntas y surgió la teoría del Big Bang (Véase La teoría del Big Bang). Si toda la materia del Universo se atrae gravitacionalmente, la expansión debería estar frenando, pero, al contrario, la expansión se produce cada vez más rápido. Una misteriosa fuerza debe estar “empujando” a las galaxias en un efecto de repulsión. Se considera que la energía oscura, también llamada constante cosmológica, debe ser una fuerza opuesta a la gravedad; de ella depende el futuro del cosmos (Véase El fuego el hielo o la nada).

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