Mirá tu mano.
(CC0)
¿De qué está hecha? ¿de dónde viene la materia que forma tus células, tu sangre, tus huesos? ¿Qué era tu cuerpo antes de ser vos? Cada uno de los átomos de tu cuerpo tiene una historia maravillosa, que te conecta directamente con los procesos más fascinantes del universo.
Instantes después del Big Bang, el universo era una sopa de partículas más pequeñas que un núcleo atómico llamadas quarks y gluones, junto con electrones, neutrinos, fotones y mesones. Este plasma primordial estaba muy caliente, y se enfriaba a medida que el universo se expandía.
Cuando algo se enfría, sus partículas dejan de sacudirse furiosamente y pueden comenzar a unirse. En un momento la sopa primordial estuvo lo bastante fría como para que los diferentes tipos de quarks se pegotearan juntos, formando partículas compuestas como los nucleones (es decir protones y neutrones) y otros bariones. Este momento de la historia del universo se conoce como bariogénesis.
Nucleón formado por tres quarks
(CC BY-SA 4.0, by Jacek Rybak)
El universo ahora lleno de nucleones y electrones continuó su proceso de expansión y consecuente enfriamiento. En un momento estuvo lo bastante frío como para que los nucleones pudieran unirse entre sí para formar núcleos, en un proceso que conocemos como nucleosíntesis. Lo interesante es que solo pudieron formarse núcleos de hidrógeno, helio y trazas de litio.
El universo en enfrió aún más, y los mencionados núcleos pudieron pegarse con los electrones, que hasta entonces vagabundeaban por el universo, formando elementos químicos en un proceso que se conoce como recombionación. Pero atención: el proceso de enfriamiento cósmico sólo pudo formar los primeros tres elementos de la tabla periódica.
Y tu mano está formada por mucho más que eso...
(CC BY-SA 3.0, by Svdmolen/Jeanot)
¿De donde vienen los otros elementos? El carbono que le da forma a tu cuerpo, el calcio que le da dureza tus huesos, el hierro que tiñe de rojo tu sangre.
¿Cómo surgieron esos elementos, cómo se formaron esos núcleos, en un universo que inicialmente sólo tenía hidrógeno y helio y muy poquito litio? Esa es una historia de lo más fascinante.
La gravedad jugó su rol: ese mar de gas formado por hidrógeno, helio y litio era pesado, cada una de sus partes atraía a cada una de las otras. Se formaron grumos, inmensas nubes de gas, que bajo la acción de su propio peso se fueron concentrando. Los grumos más densos se transformaron en gotas, que comenzaron a comprimirse bajo su propio peso, revirtiendo así localmente el proceso de expansión y enfriamiento que era el único que el universo había conocido hasta entonces. A medida que se comprimían, las gotas se calentaban, transformándose en un horno natural. Y en ese horno se encendieron las reacciones nucleares.
Tales gotas de plasma encendidas fueron las primeras estrellas. Eran gigantescas, tenían la masa de millones de soles. En su interior, ardían casi exclusivamente hidrógeno y helio, fusionandose en núcleos más presados: carbono, oxígeno, fosforo, azufre. Las reacciones nucleares generaban tanto calor que, en su flujo hacia el exterior de la pantagruélica estrella, la presión de la luz evitaba que ésta se siguiera comprimiendo bajo su propio peso.
Eso duró unos pocos cientos de miles de años. Hasta que se acabó lo que la estrella podía quemar, las reacciones se apagaron y la compresión de la gota se reanudó. Bajo su aplastante peso, el núcleo de la estrella se transformó en un agujero negro, mientras que su atmósfera explotó en una gigantesca supernova que expulsó sus restos al espacio, derramandolos en nube de gas en torno al enorme agujero negro. Millones de estrellas sufrieron ese destino, la llamada población III.
(PD)
El gas desparramado por la muerte de la población III era rico en elementos pesados, y formó nuevas estrellas, los agujeros negros se unieron para formar agujeros mayores. Así, aparecieron nuevas estrellas, más pequeñas que sus titánicas progenitoras, girando en torno a enormes agujeros negros, formando las galaxias. Todavía sin planetas, pero ya con elementos mas pesados, esta población II de estrellas devolvió la vida al universo.
(PD)
La segunda generación de estrellas formó núcleos más pesados en su interior, sus hornos nucleares no se apagaron hasta no haber creado una enorme cantidad de hierro. Al morir, explotaron en supernovas que formaron elementos más pesados como plomo, oro, uranio, desparramándolos por la galaxia.
Algunas de estas estrellas de la población II dejaron al morir estrellas de neutrones, enormes núcleos atómicos del tamaño de ciudades. Las colisiones entre esas bestias les arrancaron pedazos que, libres de la gravedad, pudieron separarse dando orígen a más nucleos pesados, completando la tabla periódica.
(PD)
Tuvo que morir una enorme proporción de la población II, para que sus restos comenzaran a formar las estrellas como el Sol. Luego de dos generaciones de hornos estelares, había suficiente carbono, azufre, hierro, níquel, como para formar planetas. Y personas.
Toda la materia que vemos a nuestro alrededor pasó por esa historia. Cada uno de los átomos de nuestro cuerpo.
Mirá tu mano de nuevo.
(CC0)
Les dejo un hermoso video de PBS Spacetime sobre las estrellas.
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