La minería del universo

Los átomos que conocemos están todos muy bien localizados en la tabla periódica, una especie de cuadrícula que tan visionariamente «inventó» el físico ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Lo más interesante de este señor es que colocó todos los elementos que se conocían en la época en su casilla precisa, dejando huecos que se han ido rellenando conforme hemos ido descubriendo nuevos átomos. El orden en que los fue colocando venía dado por el número atómico, que es el número de protones del núcleo. El hidrógeno, el primero de todos, tiene un protón, que junto con un neutrón conforma el núcleo; como el protón tiene carga eléctrica positiva, para que el átomo esté estable hace falta un electrón, con carga negativa, que está moviéndose sin parar alrededor del núcleo. A continuación del hidrógeno viene el helio, con sus dos protones en el núcleo.

Hoy la tabla periódica tiene 105 elementos, todos ellos perfectamente colocados en las casillas que definió nuestro físico visionario. Además, sabemos que los 92 elementos de origen natural que existen en la Tierra, están también fuera en el universo. Nuestra tierra ha heredado los átomos del cosmos.

¿Cómo se han formado, cuándo se han creado?

Acabo de estar en la inauguración de la exposición que cada año desarrollan los alumnos del IES Casiana Muñoz Tuñón, y que este año ha estado dedicada a tres mujeres, las escritoras Carmen Martín Gaite y Ana María Matute y la astrónoma americana de origen ruso, Cecilia Payne-Gaposchkin. De las dos primeras se celebró en 2025 el centenario de su nacimiento, y de la tercera, el centenario de su tesis de doctorado. La exposición es muy interesante y lleva mucho trabajo detrás, imaginativo y original, de todos los alumnos y profesorado del centro. En la exposición aprendí cosas de todas ellas, y en concreto, de Cecilia PG. Datos importantes como que, por ejemplo, no le podían dar un doctorado en universidades británicas ni estadounidenses porque no estaba «contemplado» que una mujer lo obtuviera. Cecilia hizo descubrimientos muy importantes que tienen que ver con el tema que nos ocupa. Ella, gran experimentalista y experta en espectroscopía, demostró en su doctorado (que finalmente defendió en el Radcliffe College, un centro alternativo-liberal dependiente de Harvard) que las estrellas están hechas de hidrógeno y de helio. Estos dos son los ladrillos con los que se construyen estas grandes bolas de plasma, que pasan su vida luchando entre contraerse por la fuerza de la gravedad o expandirse por la gran presión que se está generando en su interior. La presión depende de la temperatura, y se mantiene con energía producida en el interior de la estrella, que también la hace brillar.

Las estrellas se forman a partir de nubes de gas y, según sabemos (y Cecilia ayudó a demostrar), esas nubes ya tenían hidrógeno y helio. ¿De dónde salió? La respuesta está en los orígenes. Como dirían los cosmólogos, al principio había oscuridad, y el universo era un punto muy denso que contenía toda la masa que ha dado lugar a las galaxias que vemos. Pronto, la radiación pudo salir y las partículas elementales empezaron a combinarse gracias a la gran densidad de ese punto. Ahí se empezaron a formar los ladrillos, para posteriormente formarse las estrellas. El hidrógeno y el helio se formaron durante la nucleosíntesis primordial y fueron los primeros átomos en existir. También se crearon algunos otros, aunque en mucha menos cantidad. A los veinte minutos del big bang, el universo contenía 75% de hidrógeno, 25% de helio, 0,01% de deuterio (2H), 0,01% de 3He (un isótopo del helio) y trazas de litio y berilio.

Así, las estrellas empezaron su trabajo. No quiero aburrirlos, pero de modo resumido las estrellas las agrupamos en tres categorías, según su masa. Las más pequeñas tienen masas menores que medio Sol, las intermedias están entre esa masa y varias veces la masa del Sol, y las que llamamos masivas tienen más de diez veces la masa del Sol. La primeras son las más numerosas y las muy masivas son mucho más raras, entre otras cosas porque viven muy poco tiempo.

Las de baja masa, estrellas enanas, se formaron muy al principio y viven tanto que a día de hoy ninguna ha muerto. Tienen la edad del universo. Transforman muy lentamente en su interior el hidrógeno en helio, y por eso brillan, pero lo hacen tan despacio que brillan muy poco. No han ayudado a Mendeléyev a llenar su tabla periódica.

Las estrellas de masa alta son auténticas factorías químicas. Transforman el hidrógeno en helio, carbono, neón, oxígeno, silicio, y llegan a producir hasta nitrógeno y hierro en su interior. La estrella es como una gran cebolla de capas con diferentes átomos, el hidrógeno en su exterior y átomos más densos con numero atómico más y más alto a medida que vamos hacia el interior.

También aparecen en estas estrellas los fuegos artificiales, las explosiones de supernova, la fusión de estrellas de neutrones, los agujeros negros... todos los finales violentos de las estrellas que han sido responsables de seguir completando la tabla periódica con nuevos elementos. El oro, la plata, el plomo o el uranio se han formado en el final de la vida de las estrellas de mucha masa.

Después, todos esos materiales vuelven a formar nuevas nubes, cada vez más contaminadas, y se empieza el proceso de nuevo. Ese es el ciclo de la formación de estrellas, el ciclo de la vida del universo. «Somos polvo de estrellas», decía Carl Sagan, ¡y cuánta razón tenía! Nuestra tierra lo sabe perfectamente.

*Astrofísica