Las estrellas brillan en el cielo de Arizona como un millón de guiños. Dentro del Observatorio Nacional de Kitt Peak, Catherine Pilachowski cierra su abrigo contra el aire frío de la noche. Se acerca al enorme telescopio y mira su ocular. De repente, galaxias y estrellas lejanas entran en foco. Pilachowski ve estrellas moribundas llamadas gigantes rojas. Ella también ve supernovas, los restos de estrellas explotadas.
astrónoma de la Universidad de Indiana en Bloomington, siente una profunda conexión con estos objetos cósmicos. Tal vez sea porque Pilachowski está hecho de polvo de estrellas.,
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Cada ingrediente en el cuerpo humano está hecho de elementos forjados por las estrellas. También lo son todos los componentes básicos de tu comida, tu bicicleta y tus aparatos electrónicos. Del mismo modo, cada roca, planta, animal, cucharada de agua de mar y soplo de aire debe su existencia a soles distantes.
todas estas estrellas son hornos gigantes de larga vida. Su intenso calor puede causar que los átomos colisionen, creando nuevos elementos., Tarde en la vida, la mayoría de las estrellas explotarán, disparando a los elementos que forjaron en los confines del universo.
nuevos elementos también pueden desarrollarse durante los smash-ups estelares. Los astrónomos acaban de presenciar evidencia de la creación de oro y más durante la colisión distante entre dos estrellas moribundas.
otro equipo descubrió la luz de una galaxia «starburst» desaparecida hace mucho tiempo. Poco después de que el universo se formara, esta galaxia produjo estrellas a una velocidad asombrosa. Fábricas estelares especiales como esta podrían ayudar a explicar cómo se acumularon suficientes elementos para crear el sistema solar.,
tales descubrimientos están ayudando a los científicos a entender mejor dónde todo en el universo tuvo su comienzo.
la representación de este artista muestra lo que los astrónomos piensan que el universo muy temprano podría haber parecido cuando tenía menos de 1 mil millones de años. La imagen retrata un intenso período de fusión de hidrógeno para formar muchas, muchas estrellas. Ciencia: NASA y K. Lanzetta (SUNY). Arte: Adolf Schaller para STScI
después del Big Bang
Los elementos son los bloques de construcción básicos de nuestro universo., La tierra alberga 92 elementos naturales con nombres como carbono, oxígeno, sodio y Oro. Sus átomos son las partículas increíblemente diminutas de las que están hechos todos los químicos conocidos.
cada átomo se asemeja a un sistema solar. Una pequeña, pero imponente estructura se encuentra en su centro. Este núcleo consiste en una mezcla de partículas Unidas conocidas como protones y neutrones. Cuantas más partículas haya en un núcleo, más pesado será el elemento. Los químicos han compilado gráficos que colocan los elementos en orden en función de las características estructurales, como la cantidad de protones que tienen.
encabezando sus gráficos está el hidrógeno., Elemento uno, tiene un solo protón. El helio, con dos protones, viene después.
Las personas y otros seres vivos están llenos de carbono, elemento 6. La vida terrenal también contiene mucho oxígeno, Elemento 8. Los huesos son ricos en calcio, elemento 20. Número 26, hierro, hace que nuestra sangre se ponga roja. En la parte inferior de la Tabla periódica de elementos naturales se encuentra el uranio, el peso pesado de la naturaleza, con 92 protones. Los científicos han creado artificialmente elementos más pesados en sus laboratorios. Pero estos son extremadamente raros y de corta duración.
el universo no siempre contaba con tantos elementos., Regresa al Big Bang, hace unos 14 mil millones de años. Los físicos piensan que es cuando la materia, la luz y todo lo demás explotaron de una masa increíblemente densa y caliente del tamaño de un guisante. Esto puso en marcha la expansión del universo, una dispersión exterior de la masa que continúa hasta el día de hoy.
El Big Bang terminó en un instante. Pero el pistoletazo de todo el universo, explica Steven Desch de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe. Astrofísico, Desch estudia cómo se forman las estrellas y los planetas.
«Después del Big Bang», explica, » los únicos elementos eran el hidrógeno y el helio., Eso fue todo.»El montaje de los siguientes 90 tomó mucho más tiempo. Para construir esos elementos más pesados, los núcleos de átomos más ligeros tenían que fusionarse. Esta fusión nuclear requiere mucho calor y presión. De hecho, dice Desch, se necesitan estrellas.
poder estelar
durante unos cientos de millones de años después del Big Bang, el universo solo contenía nubes gigantes de gas. Estos consistían en alrededor del 90 por ciento de átomos de hidrógeno; el helio constituía el resto. Con el tiempo, la gravedad arrastró cada vez más las moléculas de gas hacia la otra. Esto aumentó su densidad, haciendo las nubes más calientes., Al igual que la pelusa cósmica, comenzaron a reunirse en bolas conocidas como protogalaxias. Dentro de ellos, el material continuó amontonándose en grupos cada vez más densos. Algunos de ellos se convirtieron en estrellas. Las estrellas todavía están naciendo de esta manera, incluso en nuestra Vía Láctea.
los elementos tan masivos como el oro no nacen directamente dentro de las estrellas, sino a través de eventos más explosivos: colisiones entre estrellas. Aquí se muestra una representación artística del momento en que dos estrellas de neutrones chocaron., Las estrellas de neutrones son los núcleos inmensamente densos que permanecen después de que dos estrellas explotaran como supernovas. Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.
convertir elementos ligeros en más pesados es lo que hacen las estrellas. Cuanto más caliente es la estrella, más pesados son los elementos que puede hacer.
el Centro de nuestro Sol es de unos 15 millones de grados Celsius (unos 27 millones de grados Fahrenheit). Eso puede sonar impresionante. Sin embargo, como las estrellas Van, es bastante débil. Las estrellas de tamaño medio como el sol «no se calientan lo suficiente como para producir elementos mucho más pesados que el nitrógeno», dice Pilachowski., De hecho, crean principalmente helio.
para forjar elementos más pesados, el horno debe ser inmensamente más grande y más caliente que nuestro Sol. Las estrellas al menos ocho veces más grandes pueden forjar elementos hasta el hierro, elemento 26. Para construir elementos más pesados que eso, una estrella debe morir.
de hecho, hacer algunos de los metales más pesados, como el platino (elemento número 78) y el oro (número 79), podría requerir una violencia celestial aún más extrema: ¡colisiones entre estrellas!
en junio de 2013, el Telescopio Espacial Hubble detectó una colisión de dos cuerpos ultra densos conocidos como estrellas de neutrones., Astronomers at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass., midió la luz emitida por esta colisión. Esa luz proporciona «huellas dactilares» de los químicos involucrados en esos fuegos artificiales. Y muestran que el oro se formó. Mucho: suficiente para igualar varias veces la masa de la luna de la Tierra. Debido a que un choque similar probablemente tenga lugar en una galaxia una vez cada 10.000 o 100.000 años, tales accidentes podrían representar todo el oro en el universo, dijo el miembro del equipo Edo Berger A Science News.
muerte de una estrella
ninguna estrella vive para siempre., «Las estrellas tienen una vida útil de unos 10 mil millones de años», dice Pilachowski, un experto en soles muertos y moribundos.
La gravedad siempre está acercando los componentes de una estrella. Mientras una estrella todavía tenga combustible, la presión de la fusión nuclear empuja hacia afuera y contrarresta la fuerza de la gravedad. Pero una vez que la mayor parte de ese combustible se ha quemado, tan larga estrella. Sin fusión para contrarrestarlo,» la gravedad obliga al núcleo a colapsar», explica.
Mira es un sol anciano en la constelación Cetus. Una estrella gigante roja relativamente fresca, tiene una extraña forma de fútbol., La foto del Telescopio Espacial Hubble muestra que Mira tiene unas 700 veces el tamaño de nuestro Sol. Mira también tiene una estrella «compañera» caliente (no se muestra). Margarita Karovska (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) y NASA
la edad a la que una estrella muere depende de su tamaño. Las estrellas pequeñas y Medianas no explotan, dice Pilachowski. Mientras su núcleo de hierro o elementos más ligeros colapsa, el resto de la estrella se expande suavemente, como una nube. Se hincha en una enorme bola que crece y brilla intensamente. En el camino, tales estrellas se enfrían y se oscurecen., Se convierten en lo que los astrónomos llaman gigantes rojas. Muchos átomos en el halo exterior que rodea a tal estrella simplemente se alejarán hacia el espacio.
Las estrellas más grandes llegan a un final muy diferente. Cuando consumen combustible, sus núcleos colapsan. Esto los deja extremadamente densos y calientes. Instantáneamente, eso forja elementos más pesados que el hierro. La energía liberada por esta fusión atómica hace que la estrella se expanda una vez más. De inmediato, la estrella se encuentra sin suficiente combustible para sostener la fusión. Así que la estrella colapsa una vez más., Su densidad masiva hace que se caliente de nuevo, después de lo cual ahora fusiona sus átomos, creando otros más pesados.
«pulso tras pulso, acumula constantemente elementos más y más pesados», dice Desch sobre la estrella. Sorprendentemente, todo esto sucede en pocos segundos. Entonces, más rápido de lo que se puede decir supernova, la estrella se autodestruye en una enorme explosión. La fuerza de esa explosión de supernova es la que forja elementos más pesados que el hierro.
«Los átomos se lanzan al espacio», dice Pilachowski. «Van un largo camino.»
algunos átomos se desplazan suavemente desde una gigante roja., Otros lanzan cohetes a velocidad warp desde una supernova. De cualquier manera, cuando una estrella muere, muchos de sus átomos se lanzan al espacio. Con el tiempo se reciclan por los procesos que forman nuevas estrellas e incluso planetas. Todo este proceso de construcción de elementos «lleva tiempo», dice Pilachowski. Quizás miles de millones de años. Pero el universo no tiene prisa. Sin embargo, sugiere que cuanto más tiempo haya existido una galaxia, más elementos pesados contendrá.
cuando una estrella — W44 — explotó como una supernova, esparció escombros sobre un área amplia, mostrada aquí., Esta imagen fue producida combinando datos recopilados por los observatorios espaciales Hershel y XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. W44 es la esfera púrpura que domina el lado izquierdo de esta imagen. Abarca unos 100 años luz de diámetro. Herschel: Quang Nguyen Luong & F. Motte, HOBYS Key Program consortium, Herschel SPIRE / PACS / ESA consortia. XMM-Newton: ESA / XMM-Newton
Blast from the past
Consider the Milky Way. Cuando nuestra galaxia era joven, hace 4,6 mil millones de años, los elementos más pesados que el helio formaban solo 1.,5 por ciento de la Vía Láctea. «Hoy es hasta el 2 por ciento», señala Desch.
el año pasado, los astrónomos del Instituto de tecnología de California, o Caltech, descubrieron un punto rojo muy débil en el cielo nocturno. Llamaron a esta galaxia HFLS3. Cientos de estrellas se estaban formando en su interior. Los astrónomos se refieren a tales cuerpos celestes, con tantas estrellas saltando a la vida, como galaxias de estallido estelar. «El HFLS3 estaba formando estrellas 2.000 veces más rápido que la Vía Láctea», señala el astrónomo de Caltech Jamie Bock.
para estudiar estrellas distantes, astrónomos como Bock se convierten esencialmente en Viajeros del tiempo., Deben mirar profundamente en el pasado. No pueden ver lo que está sucediendo ahora porque la luz que estudian primero debe cruzar una vasta extensión del universo. Y eso puede llevar meses o años, a veces miles de milenios. Así que al describir nacimientos y muertes de estrellas, los astrónomos deben usar el tiempo pasado.
un año luz es la distancia que la luz recorre en un lapso de 365 días-9.46 billones de kilómetros (o unos 6 billones de millas). HFLS3 estaba a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra cuando murió. Su tenue resplandor acaba de llegar a la Tierra., Así que lo que ha sucedido en sus alrededores durante los últimos 12 mil millones de años más no será conocido por eones.
pero las noticias viejas recién llegadas en HFLS3 ofrecieron dos sorpresas. Primero: resulta ser la galaxia de estallido estelar más antigua conocida. De hecho, es casi tan antiguo como el universo mismo. «Encontramos HFLS3 cuando el universo tenía apenas 880 millones de años», dice Bock. En ese momento, el universo era un bebé virtual.
en segundo lugar, HFLS3 no contenía solo hidrógeno y helio, como los astrónomos podrían haber esperado para una galaxia tan temprana., Mientras estudiaba su química, Bock dice que su equipo descubrió » tenía elementos pesados y polvo que deben haber venido de una generación anterior de estrellas. Lo compara con encontrar una ciudad completamente desarrollada al principio de la historia humana donde esperabas encontrar aldeas.»
esta galaxia distante, conocida como HFLS3, es una fábrica de construcción de estrellas. Nuevos análisis indican que está transformando furiosamente gas y polvo en nuevas estrellas más de 2.000 veces más rápido de lo que ocurre en nuestra propia Vía Láctea. Su tasa de estallido es una de las más rápidas jamás vistas. ESA-C.,Carreau
Lucky us
Steve Desch piensa que HFLS3 podría ayudar a responder algunas preguntas importantes. La Vía Láctea tiene unos 12 mil millones de años. Pero no hace que las estrellas sean lo suficientemente rápidas como para haber creado todos los 92 elementos presentes en la Tierra. «Siempre ha sido un misterio cómo tantos elementos pesados se acumularon tan rápido», dice Desch. Tal vez, ahora sugiere, las galaxias con brotes estelares no son tan raras. Si es así, estas fábricas de estrellas de alta velocidad podrían haber dado un impulso temprano a la creación de elementos pesados.,
hace unos 5 mil millones de años, Las estrellas de la Vía Láctea habían generado los 92 elementos presentes en la Tierra. De hecho, la gravedad los juntó, empacándolos en un guiso cósmico caliente que eventualmente se uniría para formar nuestro sistema solar. Unos cientos de millones de años más tarde, la Tierra nació.
dentro de los siguientes mil millones de años, aparecieron los primeros signos de vida en la Tierra. Nadie está exactamente seguro de cómo comenzó la vida aquí. Pero una cosa está clara: los elementos que formaron la Tierra y toda la vida sobre ella vinieron del espacio exterior., «Cada átomo de tu cuerpo se forjó en el Centro de una estrella», observa Desch, o de colisiones entre estrellas.
si los elementos responsables de la vida en la tierra comenzaron en el espacio, ¿podrían también haber desencadenado la vida en otro lugar?
nadie lo sabe. Pero eso no es por falta de intentarlo. Organizaciones enteras, como un instituto enfocado en la búsqueda de inteligencia extraterrestre, o SETI, han estado explorando la vida más allá de nuestro sistema solar.
Desch, por ejemplo, no cree que encontrarán a nadie más por ahí. Menciona un gráfico famoso., Muestra que los planetas no pueden formarse hasta que haya suficientes elementos pesados. «Vi ese gráfico, y en un instante entendí que realmente podríamos estar solos en la galaxia, porque antes del sol no había tantos planetas», dice Desch.
por lo tanto, sospecha que «la Tierra puede ser la primera civilización en la galaxia. Pero no la última.”
