¿VENIMOS DE LAS ESTRELLAS?
Resumen
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Es increíble pensar que, al fin y al cabo, estamos constituidos de elementos químicos como
el hierro, calcio, oxígeno, magnesio, entre otros. Pero resulta más increíble
aun, el saber que estos elementos químicos no se originaron en nuestro querido
planeta, sino que provienen de lugares insospechados y que su presencia en este
planeta y en nosotros mismos tiene un matiz de milagro.
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Mi mente alberga un acontecimiento singular que
ocurrió hace ya varios años, cuando estudiaba en mi pequeña escuela de nivel primario:
Carlos Vásquez Villaseca, conocida comúnmente como “La Tres”. Una compañera mía
se desvaneció y, para suerte de todos, este vahído ocurrió mientras ella estaba
sentada escuchando clase; su enjuto cuerpo se inclinó bruscamente hacia el
compañero del costado. Ese compañero era precisamente yo.
Jenny se estaba asomando irremediablemente a
ese intervalo de tiempo donde ocurren cambios importantes en nuestro organismo:
la pubertad. Su hemoglobina estaba muy por debajo de los valores normales y le
diagnosticaron un cuadro de anemia. La maestra nos explicó que nuestra
compañera no tenía suficiente «hierro» en su cuerpo y estaba segura de que
Jenny no se había estado alimentando adecuadamente.
Luego de una nimia investigación infantil pude conocer
que en nuestro cuerpo residen elementos químicos
muy importantes para el adecuado funcionamiento del mismo. Elementos como por
ejemplo el hierro, oxígeno, magnesio, potasio, carbono, calcio, sodio, entre
otros; que son esenciales para nuestra existencia y, desde luego, para nuestro
bienestar. Según esto, una serie de preguntas ahondaron mi curiosidad ¿de dónde
vienen esos elementos? ¿Cómo y cuándo se formaron? Al trasladar estos
cuestionamientos a los adultos me respondían de manera categórica afirmando que
estos elementos están presentes en la naturaleza y que han estado allí desde
siempre. Entiéndase por naturaleza, como toda aquella materia que está en
nuestro querido planeta y donde no ha intervenido la mano del hombre. Sin
embargo, algo en mi ingenuo pensar susurraba insistentemente a mi avizor oído
diciéndome que no era así; la respuesta no debía ser tan simple y, sobre todo, sin
ninguna argumentación plausible.
Sabemos que la comunidad científica ha aceptado
la teoría del Big Bang como el posible
origen del universo. Todo empezó con aquella «singularidad», con aquella
explosión inimaginable que fecundó la
materia y también al tiempo. Según esta teoría, se considera que los únicos
elementos químicos que se pudieron formar minutos después del gran estallido
(entre uno a tres minutos) fueron el hidrógeno
y el helio. A elevadas temperaturas se convierte en helio liberando cierta
cantidad de energía. La ciencia afirma que inmediatamente después del Big Bang la temperatura descendió estrepitosamente
impidiendo que se forme una cantidad considerable de helio. En otras palabras,
después del Big Bang sólo había
hidrógeno, una pizca de helio y casi nada de berilio. En conclusión, si en el
principio de los tiempos solo existían tres elementos, entonces ¿de dónde
surgieron los demás elementos químicos? ¿De dónde se formó, por ejemplo, el
carbono, elemento fundamental para la vida?
Todo
indica que estos nuevos elementos no se formaron en el Big
Bang, sino que se concibieron mucho tiempo después en un lugar fascinante, muy
luminoso, y hace miles de millones de años. Este postulado resulta muy
interesante; aunque más asombroso es la afirmación teórica que plantea inclusive, que nosotros somos
parte de las estrellas; según la ciencia, todos estamos constituidos de residuos
estelares.
Para escrutar esta inferencia—que estamos
constituidos de residuos estelares—, debemos de acercar nuestra singular curiosidad
a la vida impresionante de las estrellas. Tenemos, por tanto, que conocer la
historia de las mismas, desde su concepción hasta su fallecimiento, siendo esto
último aún más extraordinario... ¡Empecemos!
Como habíamos descrito, en el principio de todo
solo existían hidrógeno y una irrisoria cantidad de helio. Imaginemos al universo
en su etapa inicial, todo lo que existía era un gas (el hidrógeno) vagando aparentemente
sin rumbo definido por todo el espacio. Poco a poco, las moléculas de este gas,
motivadas por la enigmática fuerza de atracción gravitatoria, colapsaron en unos
puntos específicos; toda la materia circundante fue atraída hacia cada punto.
Pasaron algunos millones de años y cada punto se convirtió en una esfera con un
núcleo muy caliente; esto debido fundamentalmente a la gran concentración de
moléculas y a la rapidez de los movimientos de estas, y, como sabemos, a
elevadas temperaturas los cuerpos emiten una radiación que se traduce en
energía luminosa. Podemos decir entonces que, bajo las circunstanciadas
descritas:” ha nacido una estrella”.
El nacimiento de una estrella es uno de los
acontecimientos más sensacionales en el universo, y se espera una vida duradera
(varios miles de millones de años) para este tipo de astros. Pero no todas las
estrellas tienen una larga vida; así pues, el ciclo de vida estelar está imbricado a su masa; es decir, el tiempo
de duración de una estrella es inversamente proporcional a la masa de la misma.
Por ejemplo, estrellas que tienen una masa de treinta (30) veces que la de
nuestro Sol, serán muy inestables y efímeras en el tiempo (vivirán algunos
millones de años). Por el contrario, las estrellas con una masa diez (10) veces
menor que la masa de nuestro Sol son casi sempiternas.
Cuando la estrella ha visto la luz (en
realidad, cuando empieza a generarla), la atracción gravitatoria sigue haciendo
su trabajo, concentrando y colapsando más y más moléculas de hidrógeno. La
estrella lucha contra la desgarradora, sofocante y agobiante fuerza de gravedad;
a mayor masa estelar, mayor será la intensidad de la fuerza de atracción. Si es
que no existe algo que detenga a la draconiana fuerza de gravedad, la estrella
se dirigirá inexorablemente a su extinción…a su muerte. Es algo paradójico: la
misma fuerza que le dio la vida, también será la causante de su muerte. Sin
embargo, cuando la temperatura del núcleo de la estrella logra alcanzar los diez
(10) millones de grados kelvin, aparece una fuerza que contrarresta la
atracción gravitatoria. Es una presión hacia el exterior del núcleo, cuyo
origen tiene relación con una reacción a nivel atómico: la fusión nuclear. La
estrella, por tanto, se mantiene estable básicamente porque existe una
equiparación entre estas dos fuerzas: la de atracción gravitatoria y la de
repulsión. Esta etapa de la vida de las estrellas se denomina la «secuencia principal».
En la secuencia principal las estrellas se
comportan como un colosal e inimaginable horno termonuclear donde se «quema» hidrógeno en el núcleo
de la misma. Cuando nos referimos a «quemar» hidrógeno queremos decir que se produce
el fenómeno de fusión nuclear del hidrógeno. En este entender, si la
temperatura de la estrella alcanza los diez (10) millones de grados kelvin,
cuatro (04) átomos de hidrógeno se unen y forman un (01) átomo de helio,
liberando gran cantidad de energía que se puede apreciar en forma de luz
visible. Por tanto, el brillo de la estrella es la energía que se desprende de
la fusión nuclear que convierte hidrogeno en helio, y equivale a la energía de
la explosión de miles de millones de bombas atómicas parecidas a la que cayeron
en las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en la segunda guerra mundial.
La grandiosa idea de que el brillo de la estrella proviene de la liberación de
energía producto de la fusión nuclear del átomo de hidrógeno («nucleosíntesis») se la debemos al científico alemán Hans
Albrecht Bethe (1906-2005).
La estrella se mantendrá en esta fulgurante y
luminosa etapa hasta que agote su combustible, su materia prima: el hidrógeno. Una
estrella de masa normal, como nuestro Sol por ejemplo, pasa la mayor parte de
su vida en esta fase (la secuencia principal), que como hemos dicho, durará
cerca de unos diez mil millones de años. Se estima que nuestro Sol tiene un
tiempo de vida de unos cuatro mil quinientos millones de años, y le quedan
otros miles de millones más (días más, días menos).
Cuando nuestro Sol agote su materia prima, será
el inicio del fin. Las reacciones de fusión nuclear desaparecerán, por
consiguiente no habrá nada que contrarreste o se oponga a la fuerza de gravedad,
permitiendo a esta nuevamente tomar el control de la situación. Nuestra querida
estrella perderá su brillo y luminosidad, por tanto…¡se apagará! En ese momento
el núcleo de la estrella estará constituido principalmente de helio y este elemento
no podrá fusionarse porque el nivel de la temperatura no es el idóneo. Lentamente,
pero con la misma rudeza de siempre, la fuerza de gravedad contraerá la materia
en el centro de la estrella y, paulatinamente con una paciencia que dura
millones de años, la temperatura de la estrella se elevará. Cuando la
temperatura del núcleo llegue a la sofocante cifra de los cien millones de
grados kelvin, los núcleos de helio comenzarán a fusionarse; la estrella por
tanto, empieza a quemar helio, creando átomos de carbono
y desprendiendo, como siempre, energía que se tornasola en luz visible. La
estrella nuevamente se enciende, se reanima, se emociona, vuelve a la vida
lúcida y en su brillantez se mantendrá quemando helio por varios millones de
años. Sin embargo, es importante resaltar que en esta etapa el brillo estelar
es mucho menor que en la secuencia principal.
Cuando se agote el helio, la estrella
nuevamente se apagará. Otra vez, la fuerza de gravedad colapsará la masa que
rodea el núcleo de la estrella, originando un incremento importante en la
temperatura del núcleo llegando a varios cientos de millones de grados. La
estrella, por consiguiente, empezará a quemar carbono. Este ciclo dinámico seguirá
formando átomos más y más pesados. Por ejemplo: magnesio, sodio, neón, oxígeno,
azufre, fosforo, hasta llegar al hierro, que es el último elemento que se
formará en el núcleo de la estrella; esto debido a que los niveles de la
temperatura estelar ya no serán los suficientes para lograr fusionar este elemento.
Me queda claro que el mismo hierro que le faltaba al organismo de mi compañera Jenny,
es el último elemento que logró formarse en alguna estrella mucho más antigua
que nuestro Sol.
Toda esta magnífica conceptualización, de que el
origen de los elementos químicos en el Universo provienen del núcleo de las
estrellas, es el resultado de un exiguo trabajo teórico de un conjunto de
científicos entre los que destacan: Fred Hoyle, Alfred Fowler (1911-1995) y el
matrimonio Burbidge —Gepffrey Ronald (1925-2010) y Margaret (n.1919) —. Es
difícil poder nombrar a todos las grandes mentes que han participado en esta
idea, pero sin duda los arriba mencionados son los más resaltantes.
Hasta aquí hemos podido comprender que algunos
elementos químicos se formaron en el corazón de las estrellas. Es decir, de los
ciento diecinueve (119) elementos
químicos que actualmente se conocen, al menos veintiséis de ellos —hasta el
hierro que ocupa el puesto Nº 26 en la tabla periódica de elementos químicos,
se formaron en el núcleo estelar, en el corazón de las estrellas. Pero ¿cómo estos
elementos se desprendieron del regazo
estelar hasta llegar a la tierra? ¿Cómo se formaron los noventa y tantos elementos
restantes?
La respuesta nuevamente está vinculada a la masa
de la estrella al momento de ser fecundada. Sólo las estrellas con cierta masa
podrán propagar elementos químicos hasta los confines del universo. Los
científicos dividen a las estrellas por su masa, en tres tipos: (i) estrellas con masa menor al 8% de
nuestro Sol; (ii) estrellas con masa
similares a la de nuestro Sol y; (iii)
estrellas con masa mucho mayor a la de nuestro Sol.
Así pues, si al momento de nacer, la estrella tiene
una masa menor al 8% que la del Sol, la fuerza de atracción no será tan intensa
para producir el proceso de fusión nuclear y, por ende, no podrá encender a la
estrella; estas estrellas son imperceptibles a simple vista. Su vida es muy
aburrida y morirán sin dejar rastro ni huella considerable en el universo. A
una estrella de estas características
se le denomina «enana marrón».
Por otro lado, casi el 90% de las estrellas
tienen una masa equivalente a la del Sol. Ya hemos comentado que la vida de este
tipo de estrellas dura un poco más de diez mil millones de años. En un
determinado momento de la ígnea vida de la estrella, las altas temperaturas en
el núcleo contribuyen a que las capas exteriores se expandan, por lo que la
estrella aumenta considerablemente su tamaño. En este estado, a la estrella se
le conoce como «gigante roja». En el caso de nuestro Sol, se calcula
que su radio llegará a una distancia entre las órbitas de nuestro planeta y Marte.
Supongo que en ese instante tendremos tanto calor, que no será suficiente tomar
un delicioso refresco de tamarindo de las fértiles tierras de Tumbes para
mitigar la sed.
Habíamos comentado que la formación del hierro
en el núcleo de la estrella es el prólogo del epílogo de la misma, ya que será
el último elemento que se formará después de tantas fusiones nucleares. Así
pues, miles de años después, la «gigante roja» se contraerá tanto que las capas
exteriores se desprenderán formando un compuesto gaseoso llamado «nebulosa planetaria» que rodeará a un resto macizo y compacto
de la estrella, que además, es muy brillante; a este resto se le conoce como una
«enana blanca».
Lo interesante de este capítulo viene a
continuación. Cuando una estrella tiene una gran masa (por ejemplo a partir
diez veces mayor que la del Sol), en su fase final se convierte en una «super
gigante roja». Al tener una gran masa, la fuerza de gravedad es descomunal y la
estrella empieza a colapsarse demasiado rápido; la densidad es inimaginable
(por ejemplo, toda la masa de la tierra concentrada en tan solo quince
kilómetros); se ha formado un núcleo super macizo de hierro. Debido al «Principio de Exclusión de Pauli» es imposible que la estrella concentre
más masa, la ionización de los átomos genera una gran inestabilidad en el
núcleo estelar y al alcanzar una magnitud de 1.5 veces la masa de nuestro Sol, ocurre
una descomunal explosión: una «Supernova». La Supernova irradia al universo los veintiséis elementos
químicos que se han logrado formar en el núcleo de la estrella, así como también todos los elementos
restantes, los mismos que se fabricarán en el mismo momento del colosal
estallido. ¡La estrella ha muerto! La estrella se ha convertido en una nube de
gas cósmico que se propagará por todo el espacio.
Con el paso del tiempo estos fósiles estelares formarán
otras estrellas, planetas (y lo que existe dentro de ellos). Todos los
elementos químicos después del hidrógeno, se han formado en el núcleo de las
estrellas y en las Supernovas. Gracias a estas
explosiones, los elementos se han irradiado por el universo. Es decir, el calcio de nuestros huesos, el hierro de
nuestra sangre, el magnesio y potasio de nuestro cerebro, el sodio, el oxígeno
y otros elementos que nos constituyen, llegaron a nosotros a través de una
terrorífica explosión.
De acuerdo a esto, somos el resultado de un
milagroso proceso de fusión nuclear, los elementos que nos constituyen vienen
de los confines del universo, han nacido del útero fértil de alguna hermosa estrella
que se desintegrado luego de un explosión colosal; somos la vida resultante de
la muerte estelar, la energía que se convierte en materia, y que sin duda
alguna somos la materia que regresaremos a ser energía nuevamente.
Finalmente, el cuadro de anemia de mi amiga Jenny,
la falta de hierro en su organismo, resultó ser demasiado interesante.
Hans Albrecht Bethe fue un prominente físico
nacido en Alemania y de origen. Ganó el Premio Nobel de Física en el año1967
por su descubrimiento de la «nucleosíntesis» estelar.
[3] A la creación de carbono en el núcleo estelar se le llama «Proceso
Triple Alfa». Tres átomos de Helio (
llamado también partícula Alfa) con dos protones cada uno, forman un átomo de
carbono con seis protones, y la consecuente liberación de energía