Materia

J. C. Casado-Panorámica de la Vía láctea desde el Parque Nacional del Teide
 
“Todo cambia, no te puedes bañar dos veces en el mismo río. Cuando vuelves a él, ya no es él la misma corriente de agua, ni tú el mismo ser humano” -Heráclito de Éfeso, hacia 500 a. C.
 
Mi padre me explicaba de crío que un átomo de calcio que ahora formase parte de mis huesos podía haber estado hace millones de años en la dentadura de un dinosaurio. De hecho, nosotros mismos somos como un cauce por el que circula un caudal de materia en permanente renovación: las células de la epidermis se sustituyen completamente cada 15 días, los glóbulos rojos cada cuatro meses. Incluso una estructura que podría parecer inmutable, como es el esqueleto, acaba de renovar sus componentes en ciclos de 10 años. Por lo visto sólo en ciertas partes de la corteza cerebral no se sustituyen las neuronas que van desapareciendo (aunque se ha comprobado que en otras partes del cerebro sí se crean nuevas células nerviosas). De este modo, el proceso de envejecer no es el del deterioro de un cuerpo estable, sino tan sólo la acumulación de errores en el proceso de renovación celular. Algo programado en nuestro ADN para dejar paso finalmente a nuevos individuos, a través del instrumento de la muerte (una herramienta imprescindible para la evolución, como decía Steve Jobs).  
 
Pero yo quería darle vueltas a una pregunta esta mañana: ¿cuál es el orígen de la materia de la que estamos compuestos?. La respuesta es muy conocida: “somos polvo de estrellas”, en su interior las reacciones de fusión atómica siguen una escalada por la tabla periódica: del hidrógeno al helio, luego al carbono y al oxígeno, al neón, al magnesio, al silício, níquel, cobalto…y finalmente al hierro. Tras esto, la fusión cesa, porque deja de haber rentabildiad termodinámica. 
 
Como suele ocurrir en ciencia, esta respuesta abre la puerta a otras muchas dudas: ¿cuántas generaciones previas de estrellas ha habido?, ¿cómo se han formado los elementos de mayor masa atómica que el hierro? (ejemplos relativamente abundantes en nuestro planeta, con un papel fundamental en el desarrollo de la vida tal y como la conocemos, son el cobre, oro o el yodo). Estas cuestiones me venían rondando desde hacía tiempo, hasta que me he decidido a preguntarle al Sr. Google.
 
Efectivamente, las primeras estrellas no tenían planetas orbitando a su alrededor: para que los planetas se formen a partir la agregación de polvo estelar, previamente ha debido haber multitud de explosiones de final de ciclo. Así, los restos de soles pasados esparcidos por el espacio son el orígen de todos los elementos más complejos que el hidrógeno que conforman nuestro mundo. Pero visto esto, fijémonos en dos datos básicos conocidos por todos:

  1. Nuestro Sol, que se halla a la mitad de su vida, tiene 5.000 millones de años de antigüedad
  2. El universo, unos 14.000 millones de años

¿Se deduce entonces que el Sol pertenece tan sólo a la segunda generación de estrellas?… o ni siquiera, porque… ¿cómo ha dado tiempo a la propia formación del sistema solar a partir de restos de estrellas previas si los ciclos de vida son de 10.000 millones de años?.


El error está en pensar que todas las estrellas tienen una existencia de igual duración, en realidad ésta es inversamente proporcional a su masa: cuanto mayor es una estrella, más rápidamente agota su combustible, y al contrario, las estrellas de menor brillo y masa, prolongan su actividad durante muchísimo más tiempo. De este modo, las estrellas más masivas (y las hay de hasta 100 masas solares) tienen un ciclo de vida mucho más corto que el del sol… tan corto en algunos casos, que se mide en decenas de millones de años, y, por tanto, ha dado tiempo en los 9.000 millones de años anteriores a la formación del sistema solar a que hubiera cientos de generaciones previas de estrellas con cuyo material estamos hechos.    

Queda resuelta la duda para los materiales por debajo del hierro, pero ¿qué pasa con los demás, cual es el orígen del mercurio, la plata, el uranio, etc. que encontramos en la corteza terrestre?. Para responder tenemos que hacer referencia a los diferentes finales que puede tener una estrella, en función de su masa inicial, y en lugar de extenderme demasiado recurro a este fantástico diagrama de la NASA:
Como vemos, el proceso de muerte estelar la mayor parte de las veces está avocado a pasar por una explosión de supernova. Esto ocurre cuando, agotado su combustible (alcanzado el pico del hierro en la escalera de fusión), se genera una inestabilidad gravitacional: los procesos de generación de energía ya no son capaces de contrarrestar la atracción que la masa de la estrella ejerce sobre sí misma, y ésta colapsa. Iniciada la implosión el núcleo de la estrella se encuentra tan comprimido que en los átomos se rompe la tradicional estructura de corteza y núcleo: los electrones se combinan con protones para dar lugar a un gran número de neutrones libres. La temperatura alcanzada es mucho más elevada que en toda la historia previa de la estrella, lo que acaba dando lugar a un efecto rebote: mientras la parte exterior de la estrella aún está colapsando, el núcleo ha comenzado la expansión originada por haberse alcanzado dicho estado límite de temperatura: ambas capas concéntricas se cruzan en direcciones opuestas, y es en estas condiciones en las que los neutrones libres que se alejaban del centro de la estrella son capturados por los átomos de hierro que se dirigían hacia ese mismo centro atraídos por la gravedad. Se generan en este lapso isótopos inestables, que logran estabilizarse sólo cuando los neutrones “de más” que acaban de pasar a formar parte de los núcleos atómicos se descomponen liberando electrones y dando lugar a protones que permenecen en estos nuevos núcleos. Es en este rápido proceso de captura de neutrones como se forman el resto de elementos de masa atómica superior al Fe. 

Finalmente, tras este instante de cruce de masas, prevalece el efecto de explosión sobre el de implosión, y los restos de la estrella, salvo su núcleo (que puede dar lugar a un agujero negro o a una estrella de neutrones), son expulsados al espacio… hasta volver, o no, a ser agregados en una nebulosa planetaria, como fue el sistema solar en su día.

 
En definitiva, somos más que polvo de estrellas, polvo de supernovas… materia reordenada capaz de preguntarse sobre su propio orígen.

 

 
 
 
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4 pensamientos en “Materia

  1. Éste es un tema fascinante ¿verdad? Eso de que en nuestra vida cotidiana e incluso dentro de nuestro propio cuerpo formando parte de nosotros tengamos átomos que un día se crearon inexcusablemente en una explosión de supernova es una especie de revelación de las que dan que pensar.Gran entrada y perfectamente explicada ;)

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