El hidrógeno y el helio son los elementos más abundantes en el universo. Sin embargo, sabemos que no nos son de gran ayuda para que aparezca la vida (aunque necesitamos la energía que emiten las estrellas). Ahora tenemos más información sobre la abundancia de otros elementos que, al menos por lo que sabemos, sí son imprescindibles para propiciar la aparición de vida…
Elementos pesados
Esta imagen en espectro visible muestra la parte central del Cúmulo de Virgo. El objeto más brillante (ligeramente a la izquierda del centro) es la galaxia gigante elíptica M87.
Crédito: NOAO/AURA/NSF
Una nueva observación de los rayos X emitidos por el gas que hay en el cúmulo galáctico de Virgo ha mostrado que los elementos necesarios para crear estrellas, planetas y personas (y todo lo que puedes observar, literalmente) fue distribuido uniformemente en un espacio de millones de años-luz en las primeras épocas de la historia del universo, hace más de 10.000 millones de años.
El cúmulo de Virgo está a unos 54 millones de años-luz y es el más cercano a la Vía Láctea, así como el segundo más brillante al observarlo en rayos X. En su interior hay más de 2.000 galaxias, y el espacio entre ellas está lleno de un gas difuso tan caliente que brilla al verlo en este espectro. Es parte (al igual que nuestra galaxia, el Grupo Local y varios cúmulos galácticos) del filamento de Laniakea.
Ahora, con la ayuda del satélite de rayos X Suzaku, un equipo liderado por Aurora Simionescu (una astrofísica de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, en Sagamihara) ha observado cuatro «brazos» del cúmulo de Virgo hasta a 5 millones de años-luz de distancia del centro para estudiar cuál es la composición química del universo en las escalas más grandes (es decir, no para centrarse sólo en qué abunda en una galaxia, si no qué hay a nivel de supercúmulos de galaxias, que es una de las escalas más grandes que podemos emplear dentro del universo observable).
Laniakea es el filamento galáctico del que forma parte la Vía Láctea y, por supuesto, el supercúmulo de Virgo.
Los elementos con un peso superior al del carbono son producidos en el interior de estrellas que explotan en forma de supernova al final de sus vidas. Con la explosión, estos elementos se distribuyen al medio interestelar colindante y, por medio de otros mecanismos, se distribuyen a escalas cada vez más grandes. Esos mecanismos son fugas de material galáctico, interacciones y fusiones con galaxias vecinas, y también material que sea arrancado por el paso de la galaxia a través de ese gas caliente que llena el espacio entre galaxias dentro del cúmulo.
Las supernovas se clasifican en dos grandes grupos (puedes leer en más detalle este tema en el artículo que he enlazado anteriormente). Por un lado, las estrellas que tienen una masa superior a ocho veces la masa del Sol, que terminan colapsando sobre su propio núcleo y explotan en forma de supernova. Por otro lado, las enanas blancas, que pueden volverse inestables si hay una estrella cercana, provocando que exploten como supernovas de tipo Ia.
El secreto está en las supernovas
El cúmulo globular M80 está compuesto, principalmente, de estrellas de población II.
Crédito: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA
Estas dos clases de supernovas producen diferentes composiciones químicas. Las que colapsan sobre sí mismas esparcen principalmente elementos desde el oxígeno al silicio, mientras que las producidas por explosiones de enanas blancas liberan elementos más pesados como hierro y níquel. Si observamos cómo están distribuidos estos elementos en una gran superficie del espacio (como un cúmulo galáctico) podemos hacer una especie de trabajo forense para saber cuándo, cómo y dónde se produjeron. Además, cuando estos elementos químicos se esparcen, y se mezclan en el espacio interestelar, se convierten en material que pasa a formar parte de las nuevas generaciones de estrellas.
Por ejemplo, el Sol es una estrella rica en elementos pesados, y forma parte de lo que llamamos población I estelar, que incluye a muchas otras estrellas con una metalicidad (elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) elevada. También hay estrellas de población II, con una metalicidad más baja y mucho más antiguas que el Sol, y las estrellas de población III, que, en teoría estarían entre las primeras que se formaron en la historia del Universo y tendrían una metalicidad extremadamente baja (porque todavía no había una gran cantidad de elementos pesados disponible en el Universo).
Así que, viendo la composición de elementos químicos en el caso del Sol y el Sistema Solar, se puede deducir que hizo falta una supernova de tipo Ia por cada cinco supernovas que fuesen producto del colapso de una estrella sobre sí misma. En cierto modo, lo que ha hecho este equipo de astrónomos es buscar la proporción de supernovas que producen la composición química que se puede ver en escalas tan grandes como la de los cúmulos galácticos, y luego compararla con lo que proporción de supernovas que produciría una composición química como la que podemos observar en el Sol.
Ocurrió hace mucho tiempo
Esta imagen muestra los cuatro «brazos» que se han estudiado para determinar la composición química del Cúmulo. En el recuadro azul está la región que aparece en la primera imagen (en espectro visible) de este artículo.
Crédito: A. Simionescu (JAXA) y Hans Boehringer (MPE)
En un estudio anterior, el satélite Suzaku ya había mostrado que el hierro estaba distribuido uniformemente a lo largo del Cúmulo de Perseo, pero no se disponía de información sobre los elementos más ligeros, producidos por las supernovas que colapsan sobre sí mismas. Gracias a las observaciones del Cúmulo de Virgo, ahora los astrónomos tienen la información sobre el resto de ingredientes que faltaban, y han detectado hierro, magnesio, silicio y azufre a lo largo de todo el cúmulo galáctico.
Lo más llamativo, quizá, es que las cantidades de estos elementos son constantes a lo largo de todo el cúmulo, y son bastante consistentes con la composición de nuestra estrella y de la mayoría de las estrellas que hay en la Vía Láctea. Como los cúmulos cubren enormes distancias, es posible extrapolar lo observado para determinar la composición química del universo.
El estudio muestra que los elementos en el espacio están bien mezclados, y hay poca variación incluso en las escalas más grandes. Es decir, la misma proporción de supernovas que, creemos, fue responsable de la composición química del sistema solar, se dio en todo el universo, cuando tenia entre 2.000 y 4.000 millones de años de existencia. Fue, también, la fase en la que las estrellas se formaban al ritmo más rápido de toda la historia cósmica.
Buenas noticias para la búsqueda de vida
La conclusión más importante es que los elementos que son tan importantes para que haya vida en la Tierra están en una proporción bastante similar a lo largo del Universo y, por tanto, los requisitos químicos para que pueda surgir vida parecen ser comunes en el cosmos. No estamos más cerca de encontrar vida en otros planetas, ni de entender bajo qué condiciones (y procesos) puede darse la aparición de organismos simples y organismos complejos, pero al menos, esta noticia nos dice algo que hasta ahora no era tan evidente: la receta que hizo que apareciese la vida en la Tierra es común en todo el universo. Quizá, ahora, sólo es cuestión de esperar a que haya más planetas como la Tierra…
Referencia: NASA
Genial.