¿Dónde se fabrican los elementos químicos del Universo? Los astrofísicos conocen la respuesta en términos generales, pero tratan de atar los cabos sueltos, como el misterio del litio que no aparece en las observaciones o el origen de metales como el oro o el hierro. El co-director del Instituto Max Planck de Astrofísica, Martin Asplund, tiene algunas pistas para resolver este enigma.
El origen de los elementos que forman nuestro Universo sigue presentando algunas incógnitas. De acuerdo con la teoría del Big Bang, en los primeros instantes se formaron grandes cantidades de hidrógeno, helio y algo de litio, y el resto de elementos se formó posteriormente en esas grandes calderas nucleares que son las estrellas. Pero las observaciones no encajan del todo con las predicciones y los astrónomos no encuentran el litio en las cantidades previstas ni conocen a ciencia cierta cómo se produjeron algunos metales como el oro o el hierro.
Martin Asplund, uno de los directores del Instituto Max Planck de Astrofísica, es uno de los científicos más jóvenes y con más proyección en este terreno. Él y su equipo trabajan en el análisis de la composición química de las estrellas y en la búsqueda de planetas similares a la Tierra. Este lunes ha ofrecido una conferencia en la Fundación BBVA sobre "El origen cósmico de los elementos" y ha dedicado unos minutos a responder a nuestras dudas.
Pregunta. Lo suyo es un trabajo de detectives…
Respuesta. La verdad es que es muy emocionante porque es como completar un puzle. Tienes trozos de información y tienes que combinarlos para conocer cuál fue el origen y la evolución del Universo desde el Big Bang, cómo se formó la Vía Láctea o el Sistema Solar. Pero es complejo. Completas la información usando los mejores telescopios disponibles y debes adaptarlo a diferentes modelos para conocer cómo las estrellas han formado los distintos elementos a partir de su luz. Es una combinación muy interesante.
P. Pero hay algunas piezas del puzle que no encajan todavía...
R. Sí, uno de los ejemplos es el litio en las estrellas viejas. El litio de las estrellas más antiguas, las primeras que se formaron en el Universo, debería reflejar la materia que fue creada en el Big Bang. El modelo predice que se produjo hidrógeno, helio y un poco de litio, pero no vemos el litio que deberíamos observar. En realidad encontramos como tres veces menos de lo que cabría esperar. La pregunta entonces es si está mal el modelo del Big Bang y habría que modificarlo o si podría ser que el litio se destruye dentro de las estrellas. Pero los modelos que tenemos no predicen que el litio se destruya dentro de las estrellas, así que podría ser que lo que sabemos sobre cómo funcionan las estrellas no sea completo. Y tenemos que resolver ese problema. Necesitamos una fotografía más amplia para conocer mejor los modelos y cómo se produjeron los elementos.
P. En las enanas marrones el litio se observa en la superficie, ¿puede que el litio que falta haya sido destruido en el núcleo de las otras estrellas?
R. En una estrella como el sol las convecciones hacen que en la parte interior la temperatura sea tan alta que la existencia de litio está descartada. Pero hay otra serie de reacciones que hacen que el interior se mueva como agua hirviendo. Lo que vemos es la superficie de las estrellas, no el núcleo ni el litio que ha sido destruido. La cuestión es cuánto se acerca el litio hasta el núcleo, y los modelos que tenemos predicen que las estrellas, en esta zona convectiva, no generan suficiente calor para destruir el litio. Es una gran pregunta que debemos resolver.
P. Pero existen otras hipótesis para explicar esa ausencia, como el hallazgo de nuevas partículas…
R. En los primeros diez minutos después del Big Bang, con una temperatura y una densidad inmensamente altas, se generó mucha materia bariónica, materia normal, protones y neutrones... Cuánto litio se creó después de esto depende de cuánta cantidad de materia hay en el Universo entero, según el modelo estándar. Pero si hay otras partículas elementales que son predichas por otros modelos como el de supersimetría y la teoría de supercuerdas, algunos podrían descubrirse en los aceleradores de partículas en los próximos años. Si alguna de estas partículas tiene la energía y la masa adecuadas, y hay muchas de ellas, puede que cuando colisionen liberen suficiente energía como para modificar nuestra predicción de cuánto litio se produjo en el Big Bang. Si existen, nos daría una cantidad distinta de litio creado en el Universo. Es muy especulativo pero muy emocionante.
P. ¿Y esto solo se puede ver en colisionadores en la Tierra?
R. Si quieres ver estas partículas directamente tienes que ir a un acelerador de partículas, sí. Si el LHC será suficiente, no lo sé, depende de las propiedades de estas partículas supersimétricas. Lo que podemos intentar es desarrollar mejores modelos sobre cómo funcionn las estrellas y ver si las condiciones del Big Bang deben ser corregidas para ver cómo encajan estas piezas.
P. Pero lo que ustedes dicen no es que la teoría del Big Bang sea incorrecta...
R. Hay tantas pruebas de que el Universo fue creado en el Big Bang que no está en cuestión. Pero nuestra comprensión de las condiciones del Big Bang puede ser modificada. La materia oscura, que constituye buena parte de la materia del Universo, por ejemplo, es todavía una gran desconocida. Una de las teorías de supersimetría apunta a que una de estas partículas podría ser la causa de esta materia oscura. Y puede que esto se combine con las evidencias que tenemos sobre la ausencia de litio. Pero es solo una posibilidad.
P. ¿Y qué pasa con el oro? Hasta hace un tiempo se pensaba que fue creado en las supernovas pero ya no está tan claro...
R. Siempre ha sido un problema saber cómo fueron creados algunos elementos pesados como el oro, sabemos que deben ser producidos por neutrones, y tenemos elementos como el hierro con los que pasa lo mismo. Y los astrónomos suponían que esto podía producirse en una supernova, porque hay muchos neutrones ahí y se liberan inmensas cantidades de energía... Pero todo lo que hemos aprendido de las supernovas, y de cómo se originan, nos indica que no producen mucho oro en absoluto. Y esto ha sido un problema, porque sabemos que el oro existe, pero no sabemos cómo se forma. Hace un par de meses, en mi equipo de investigación propusimos un modelo distinto de cómo se produce el oro: creemos que se formó mediante el choque de dos estrellas de neutrones, que son estrellas increíblemente compactas.... Si dos de estas estrellas están lo suficientemente cerca pueden colisionar y generar tal cantidad de energía y tantos neutrones que serían el ambiente perfecto para que se cree oro. Aún es una hipótesis, pero este modelo parece realista y produce oro.
P. ¿Con qué frecuencia se produciría este fenómeno?
R. Eso no lo sabemos aún. Todavía no hemos visto uno de estos eventos. Éste es el desafío ahora y lo que intentamos entender.
P. La investigación de neutrinos del CERN ha puesto de nuevo el foco en la supernova 1987A, y también fue muy importante para conocer cómo se producen los elementos, ¿no?
R. Sí, porque es la supernova más cercana que observamos en cientos de años y estalló a las puertas de nuestra galaxia, por decirlo de alguna manera. Permitió estudiar en detalle no solo la explosión sino las condiciones de la estrella antes de que explotara. Así que podemos decir qué clase de estrella era antes y esto nos dice mucho sobre la evolución de las estrellas. Podemos ver cuánto níquel fue producido, cuánto oxígeno y comparar con otros eventos. Antes no teníamos una prueba directa de cómo se producían los diferentes elementos y esto nos dio muchísima información y vimos el material saliendo de la estrella después de la supernova. También vimos que los neutrinos llegaron solo unas horas antes de la luz, lo que contradice los resultados del experimento del CERN.
P. ¿Hay alguna manera de saber cuándo explotará la siguiente supernova cercana?
R. Desgraciadamente no, tenemos algunos candidatos, como Betelgeuse, pero no sabemos si sucederá mañana o en mil años o un millón de años… no lo sabemos.
P. Sobre la búsqueda de exoplanetas, ustedes están utilizando lo que sabemos sobre el Sol para guiarse. ¿En qué consiste este sistema?
R. Éste es un avance muy reciente. Estamos comparando estrellas que parecen idénticas al Sol y buscando sutiles diferencias en la composición química. Puede que tengan un poco menos de hierro pero la misma cantidad de oxígeno. Una de las maneras de interpretar estas diferencias es que el Sol, cuando se formó, lo hizo a la vez que los planetas y la materia que hay en esos planetas terrestres es la que parece faltar en el Sol si lo comparamos con otras estrellas. Por eso buscamos estrellas parecidas al Sol en busca de estas huellas químicas que faltan. Todavía no hemos podido probar esta teoría, ni detectar uno de estos planetas como la Tierra, pero podemos decir que algunas estrellas han debido formar planetas. Si estamos en lo correcto es una manera completamente diferente de encontrar exoplanetas similares a la Tierra.
P. ¿Cuál cree que será mejor manera de encontrar nuevos exoplanetas en el futuro?
R. Creo que será una combinación de las nuevas técnicas, como la velocidad radial, cuya medición será cada vez será más precisa y habrá más sensibilidad para detectar nuevos planetas. También el trabajo de satélites como Kepler, que permitirá detectar planetas cada vez más pequeños.
P. ¿Qué trabajo hará el satélite Gaia que la ESA lanzará en 2013?
R. Es una misión que tiene multitud de metas pero la principal es trazar un mapa preciso de la Vía Láctea y sus miles de millones de estrellas. Durante mucho tiempo hemos podido ver esas estrellas pero no calcular las distancias. Este satélite podrá ver cómo se mueven estas estrellas de año en año y esto nos dará datos sobre la distancia a la que están. La principal meta es obtener una fotografía completa de posiciones y distancias en la Vía Láctea de forma detallada. También puede encontrar información sobre la composición química y puede que nos permita avanzar en nuestra búsqueda, y también servirá para buscar planetas, para probar la relatividad general… es un proyecto muy emocionante.
P. ¿Nuestro sol es especial?
R. No, no es nada especial, es en todo una estrella normal, la típica estrella en el Universo tiene la masa del sol. No es única en ningún aspecto, salvo en que tiene vida, claro está, aunque no sabemos si en esto es único o no hemos encontrado nada más.
P. Si le entrevistara dentro de diez años, ¿qué le gustaría haber descubierto?
R. Me gustaría haber resuelto este problema cosmológico del litio. Creo que nos permitiría conocer mucho mejor si hay algún problema con el Big Bang o con la formación de estrellas que no entendemos, y lo segundo que me gustaría haber encontrado son señales de, si no vida, de los ingredientes para la vida en uno de estos exoplanetas. Pruebas de la existencia de metano, por ejemplo, que no es prueba absoluta de vida pero es un ingrediente necesario. Sí, me gustaría encontrar este tipo de ingredientes en los próximos diez años.
Fuente:
La Información
