EL COSMOS EN EL CUERPO
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Las primeras generaciones estelares no poseían planetas rocosos como la Tierra porque todavía no existían suficientes elementos químicos masivos. Marte y Venus se formaron dentro de nubes enriquecidas con elementos químicos producidos dentro de las estrellas tras millones de generaciones estelares.

Julieta Fierro Gossman

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VÍA LÁCTEA

Vía Láctea sobre San Pedro Mártir / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, «Los Cielos de America»

LAS GALAXIAS

Las galaxias son los conglomerados estelares por excelencia. El Sistema Solar forma parte de una galaxia espiral. Para imaginaros su tamaño, al Sol le toma 250 millones de años dar una vuelta en torno de su núcleo, desplazándose a una velocidad de 230 km/seg. En los brazos de las galaxias espirales hay regiones gigantes de formación estelar, por eso se ven tan espectaculares.

San Pedro Martir Observatory, BC, México / Time Lapse cortesía © Stéphane Guisard, 'Los Cielos de America'

En las regiones centrales de las galaxias espirales hay muchas más estrellas que en las orillas. Por lo tanto, en los núcleos galácticos la cantidad de elementos químicos nuevos creados por las estrellas, como el oxígeno, son más abundantes que en las regiones externas. Si se miden las abundancias de oxígeno y de helio en diferentes sitios de las galaxias, desde el centro hasta la orilla, llega un momento en el que la cantidad de oxígeno es nula. En cambio, el helio es el que tenía la galaxia cuando se formó y se encuentra en regiones donde no hubo formación estelar. Está la misma cantidad de helio con la que se aglutinaron las primeras nubes que se formaron en el universo, el helio primordial, el que se creó al inicio de la Gran Explosión.

¿Porqué es tan importante medir el helio? Porque la cantidad de helio que se formó al inicio de la expansión del universo depende de varios factores, entre otros qué tan rápida fue la expansión, la vida media de los neutrones y el número de familias de neutrinos. Es decir, si la expansión fue lenta, se formó mucho helio y si fue rápida poco, ya que se requiere un mínimo de densidad y de tiempo para que los protones se fusionen en helio. Además si un neutrón está fuera de un átomo, se desintegra, vive unos 883 segundos, forma un protón un electrón y un neutrino de cierto tipo, de determinada “familia”.

Así que si medimos la cantidad de helio primordial, conoceremos la velocidad de expansión del universo cuando tenía menos de 3 minutos de iniciada, la vida media del neutrón y el número de familias de neutrinos. Es decir, sabiendo utilizar los datos podemos obtener mucha información. Además nos muestra cómo se consolida el conocimiento. En los grandes aceleradores de partículas se generan neutrinos de varias familias y en los laboratorios de física se puede medir la vida media de un neutrón. Si coinciden los resultados obtenidos a partir de la astronomía con los de los experimentos de la física, sabremos que nuestro conocimiento de la naturaleza se consolida.

Resumiendo lo escrito hasta ahora. Hace 13 800 millones de años se crearon los protones a partir de energía. Conforme el universo se expandió se enfrió y lo sigue haciendo. Cuando el cosmos tenía 380 mil años de existencia, los protones capturaron los electrones, es decir se produjeron los primeros átomos neutros, el universo radiaba como una estrella de color rojo. No era perfectamente homogéneo, en las regiones de mayor densidad de formaron nubes de hidrógeno y de helio.

Conforme se sucedieron las generaciones estelares las nubes de materia interestelar cada vez tuvieron composiciones químicas con elementos distintos al hidrógeno y el helio.

Cuando estas nubes de gas se enfriaron lo suficiente se formaron las estrellas y transmutaron hidrógeno y helio en elementos nuevos como el oxígeno que respiramos o el carbono de las moléculas una flor. Las estrellas arrojaron al medio interestelar parte su materia, ya sea en forma de vientos como de explosiones violentas. En estas últimas se produjeron nuevos elementos.Conforme se sucedieron las generaciones estelares las nubes de materia interestelar cada vez tuvieron composiciones químicas con elementos distintos al hidrógeno y el helio. Los protones de estos átomos son los mismos que se formaron hace 13 mil 800 millones de años, que estuvieron en distintas nubes y en diferentes elementos químicos.

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Partial Sun Eclipse 11th September 2007 from Paranal Observatory / Imagen cortesía © Stéphane Guisard, «Los Cielos de America»

EL SISTEMA SOLAR

Todas las estrellas se forman dentro de nubes de gas y de polvo. Las más masivas poseen unas cien masas solares, pierden la mayor parte de su materia en forma de vientos estelares. Las menos masivas tienen masas veinte veces mayores que la masa de Júpiter y son las que viven un mayor número de años pues consumen su combustible lentamente. El Sol produce reacciones termonucleares durante unos diez mil millones de años. En cambio las estrellas gigantes estallan al cabo de unos cuantos millones de años.

La gran mayoría de las estrellas nacen en grupos y forman planetas. Las primeras generaciones estelares no poseían planetas rocosos como la Tierra porque todavía no existían suficientes elementos químicos masivos. Así que mundos como Marte o Venus se formaron dentro de nubes que estaban enriquecidas con elementos químicos producidos dentro de estrellas, después de millones de generaciones estelares. Dentro de una nube de gas y polvo, cuando la fuerza de gravedad domina, en el centro, se forman una o varias estrellas con la mayor parte de la materia. Y con el material restante se integran los planetas.

Etapas de formación del Sistema Solar / Antonio Herreras, Son Ferrer

El sistema solar se formó hace cuatro mil quinientos millones de años dentro de una nube que giraba lentamente. Los objetos celestes suelen ser redondos como la Luna o el Sol, porque la atracción gravitacional es una fuerza central, atrae a todo hacia el centro del objeto. Pero si los astros giran, como los anillos de los planetas o las galaxias espirales, se aplanan; por cierto lo mismo le sucede a la falda de una bailarina cuando da vueltas. Así que los planetas forman un sistema aplanado en torno a nuestra estrella.

Los planetas se formaron en etapas sucesivas, primero se aglomeraron objetos pequeños que se fueron uniendo a otros hasta tener tamaños considerables. Mercurio, Venus, la Tierra y Marte son distintos al resto de los planetas, son más pequeños y están compuestos por rocas, no poseen anillos y tienen pocos satélites o ninguno. En cambio Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno tienen una composición química similar a la del Sol, son ricos en gases como el hidrógeno y el helio, seguidos de carbono, neón, nitrógeno y oxígeno. Estos mundos gigantes poseen anillos y multitud de satélites. Más allá de la órbita de Neptuno existen miles de objetos como Plutón, cuerpos congelados por explorar.

Estas circunstancias se deben a las condiciones en las cuales se formaron. El Sol recién nacido tenía una temperatura superior a la actual por lo tanto la mayor parte del material volátil en la vecindad solar se evaporó. Sólo sobrevivieron los sólidos, de allí que los planetas cercanos son pequeños y rocosos. Sustancias como el agua llegaron en gran parte después cuando cantidades enormes de cometas colisionaron con estos mundos.

Sustancias como el agua llegaron en gran parte después cuando cantidades enormes de cometas colisionaron con estos mundos.

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El autor

Julieta Fierro Gossman ■ Investigadora en el Instituto de Astronomía de la UNAM y Profesora de la Facultad de Ciencias. Miembro de la Academia Mexicana de la Lengua y Honorable Miembro de la Royal Astronomical Society de Canadá. Fue Directora General de Divulgación de la Ciencia de la UNAM. Recibió las preseas Kalinga de la UNESCO, Klumpke-Roberts de la Sociedad Astronómica del Pacífico, Primo Rovis del Centro de Astrofísica Teórica de Trieste, Sor Juana Inés de la Cruz de la UNAM, Medalla de la Sociedad Astronómica de México, entre muchos otros.