Del Big Bang a tu cuerpo

¿Cuánto tiempo dirías que tiene la materia de la que estás hecho? Agárrate: la materia de nuestro cuerpo tiene MILES DE MILLONES de años de antigüedad. Estamos hechos de partículas que se formaron hace esa inmensa cantidad de tiempo. Visto así nos conservamos bastante bien...

En esta entrada trataremos de explicar el origen y antigüedad de las diferentes piezas que componen la materia con la que estamos hechos.



Como ya hemos dicho en otras ocasiones: tanto tú, como yo, como una mota de polvo, como un árbol, como un compuesto químico sintetizado en un laboratorio o como una piedra de un remoto planeta... absolutamente toda la materia, está formada por las mismas tres partículas: protones, neutrones y electrones. 

Únicamente con tres partículas se forma toda la increíble variedad de materia másica ordinaria del Universo. La conjunción de estas tres partículas forman los átomos, y según la cantidad de protones que contengan en su núcleo, se dan los diferentes elementos químicos de la tabla periódica. Así, el átomo con un solo protón es el Hidrógeno, con dos protones, el Helio, con tres el Litio... y así sucesivamente hasta completar todos los elementos químicos conocidos y recogidos en la tabla periódica. La clave en la gran diversidad de la materia existente está en la infinidad de posibles combinaciones químicas entre los átomos para formar diferentes compuestos químicos y en las mezclas de éstos.

Tabla Periódica de los Elementos Químicos. Mira a tu alrededor: absolutamente todo lo que ves está formado por combinaciones de algunos de estos elementos.

Cada uno de nosotros estamos hechos principalmente de los siguientes elementos: de un 65% de Oxígeno, un 18% de Carbono, un 10% de Hidrógeno, un 3% de Nitrógeno, un 1,5% de Calcio y menos de un 1% de Fósforo, Potasio, Azufre, Sodio, Magnesio, Flúor, Hierro y otros elementos.

De todos los elementos que forman parte de tu cuerpo, el más antiguo, el Hidrógeno, se formó hace nada más y nada menos que TRECE MIL OCHOCIENTOS MILLONES DE AÑOS, segundos después del gran acontecimiento que originó nuestro Universo: el Big Bang.

Segundos después del Big Bang se formaron los primeros tipos de elementos: Hidrógeno, Helio y un poco de Litio (los elementos químicos más sencillos, con uno, dos y tres protones en su núcleo respectivamente). El hidrógeno, que representa alrededor de un 75% de toda la materia visible que hay en el Universo, se produjo casi en su totalidad durante los cinco primeros minutos de la existencia del Universo. El 10% de tu cuerpo es Hidrógeno, encontrándose la mayor parte de él combinado con Oxígeno formando moléculas de agua. Y estos átomos de hidrógeno se formaron tras el Big Bang, permaneciendo inmutables desde entonces. De esta manera podemos afirmar que un 10% de nuestro cuerpo lleva aquí desde el Big Bang.


¿Y qué hay del resto de elementos químicos que conforman nuestro cuerpo?

 

Si tras el Big Bang se formó solo prácticamente Hidrógeno y Helio ¿De dónde surgieron el resto de elementos? Como hemos visto, los elementos químicos se diferencian entre sí por el número de protones que haya en sus núcleos. De esta manera, si fuésemos capaces unir dos protones, obtendríamos un nuevo elemento: el Helio. Si fuésemos capaces de unir, por ejemplo, seis protones, obtendríamos el Carbono, si uniésemos ocho el Oxígeno.... y así sucesivamente. Simplificando mucho podríamos decir que para formar elementos químicos más pesados no hay nada más que hacer que ir juntando núcleos de otros elementos más ligeros (en realidad estos procesos son muchísimo más complejos, pero ni tengo los conocimientos ni es el objetivo de esta entrada explicarlos). El problema es que para que estos procesos se dén son necesarias unas condiciones de presión y temperatura extremísimas. Por suerte para nosotros, en el Universo existen unos lugares donde se alcanzan estas condiciones: estos lugares son las estrellas, las "cocinas del Universo".

A continuación veremos el proceso mediante el cual se forman el resto de elementos químicos. 
 

Las primeras estrellas empezaron a formarse hace 13.400 millones de años, alrededor de 400 millones de años después del Big Bang, cuando inmensas nubes de hidrógeno empezaron a agruparse debido a la atracción gravitatoria (no sólo la Tierra atrae a las cosas con masa debido a la interacción gravitatoria, todos los cuerpos con masa se atraen entre sí).

En la formación de una estrella, ingentes cantidades de hidrógeno se van agrupando formando una gran masa esférica. La atracción gravitatoria hace que los átomos de hidrógeno se junten más y más, comprimiendo la estrella, lo que provoca un aumento de la presión y la temperatura en el núcleo de la misma. Cuando las condiciones de presión y temperatura alcanzan los niveles adecuados comienza el proceso que lo desencadenará todo: reacciones nucleares de fusión de hidrógeno para formar helio donde se libera una gran cantidad de energía.

Fusión de dos núcleos de átomos de hidrógeno (con 1 protón cada uno en su núcleo) para formar un núcleo de un átomo más pesado: el helio (con dos protones en su núcleo). En esta reacción de fusión se libera una gran cantidad de energía en forma de fotones

La energía desprendida en las reacciones de fusión provoca la expansión de la estrella, contrarrestando así la contracción debida al efecto gravitatorio. De esta manera se establece un equilibrio que impide que la estrella vaya contrayéndose más y más hasta su colapso. Esta etapa es la secuencia principal de la estrella, y continuará así mientras siga teniendo el suficiente hidrógeno en su núcleo para que continúen las reacciones de fusión. En ésta etapa se encuentra por ejemplo nuestro sol y seguirá así durante unos pocos miles de millones de años más.

Vale. Ya sabemos como se van formando nuevos átomos de Helio. ¿Y el resto de elementos?

Cuando el hidrógeno, el combustible principal del núcleo de una estrella, comienza a agotarse, la energía que provoca la expansión de la estrella comienza a disminuir, por lo que el efecto gravitatorio empieza a ganar la batalla y la estrella se contrae. Sin energía que provoque la expansión, el tamaño de la estrella se va haciendo más y más pequeño. Pareciera que las fuerzas gravitatorias lo tienen todo a su favor para vencer, pero debido a esta nueva contracción que sufre la estrella vuelven a aumentar todavía más la  presión y la temperatura hasta tal punto que empiezan a producirse nuevas reacciones de fusión en el núcleo: comienzan las reacciones de fusión del Helio que se había formado anteriormente para dar lugar a elementos más pesados. La energía liberada en estas reacciones supera ahora a la fuerza gravitatoria que provoca la contracción y la estrella comienza a crecer formando una Gigante Roja si la estrella tenía un tamaño de hasta diez o doce veces el de nuestro sol o una Supergigante Roja si la estrella era de un tamaño mayor de doce veces.

Dentro de unos pocos miles de millones de años nuestro sol comenzará su fase como Gigante Roja, alcanzando un tamaño tan grande que devorará a Mercurio, Venus y posiblemente a nuestro planeta, La Tierra.


En la estapa de Gigante Roja las estrellas, los hornos estelares, comienzan a cocinar nuevos elementos. A raíz de la fusión de helio en las Gigantes Rojas se da lugar la formación de átomos de elementos más pesados: Carbono, Oxígeno y Nitrógeno. 

Pero el Helio no dura para siempre, y cuando se agota, las fuerzas gravitatorias vuelven a vencer: la estrella comienza a contraerse nuevamente. Durante este proceso, la estrella va expulsando sus capas exteriores formando Nebulosas y esparciendo así al medio interestelar parte de los elementos formados, hasta que únicamente queda un núcleo muy denso formado casi por completo por Carbono y Oxígeno: la estrella pasa a ser una Enana Blanca. Para las estrellas similares a nuestro Sol, éste será su final. En total, una estrella que acabe como una Enana Blanca habrá tenido una vida de hasta 10.000 millones de años.


Sin embargo, en estrellas más masivas, en las Supergigantes Rojas, la aventura continúa. En estas estrellas se alcanzan temperaturas y presiones más altas que en las anteriores. Tan altas que se produce la fusión de Carbono y Oxígeno, formando así varias capas de elementos más pesados que éstos. Se van formando así los elementos más pesados hasta llegar al hierro, que queda en el centro de la estrella. Se forman aquí, por ejemplo, Sodio, Magnesio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Calcio...


Hasta aquí, todas las reacciones que se han dado han producido energía, contrarrestando así a la contracción debida a la gravedad. Pero el Hierro no libera energía al fusionarse, al contrario, para transformarse en otros elementos hay que aportarle energía, por lo que cuando se forma éste el ciclo de la estrella está llegando a su fin. La estrella se queda sin combustible para las reacciones de fusión, y sin la energía desprendida con éstas, la gravedad vuelve a vencer y esta vez no hay vuelta atrás, la gravedad vence en la batalla final: la estrella colapsa y se produce uno de los acontecimientos más espectaculares del universo: una Supernova.
 

Las Supernovas son titánicas explosiones de estrellas muy masivas debido a la contracción repentina una vez que ya no queda combustible para que continúen las reacciones de fusión. La energía liberada en las mismas es tan grande que se produce la formación de elementos incluso más pesados que el hierro.

Por último, tras la Supernova queda una Nebulosa formada por todos los elementos químicos que han sido expulsados en la Supernova, y, dependiendo de la masa inicial de la estrella, un núcleo formando una Estrella de Neutrones o un Agujero Negro. Una estrella que acabe de esta manera habrá tenido una vida de unas decenas de millones de años. Una vida muchísimo más corta que las estrellas que acaban como Enanas Blancas.

De esta manera, los elementos que son expulsados al medio interestelar en las Nebulosas acaban formando otros cuerpos, como planetas o nuevas estrellas.

Así pues podemos afirmar que el 90% de tu cuerpo (Carbono, Oxígeno, Nitrógeno, Calcio...) tiene una antiguedad de miles de millones de años, tras la muerte de estrellas en Supernovas.

Etapas de la vida de las estrellas

En resumen, al principio de los tiempos, tras el Big Bang, el Universo estaba formado únicamente por Hidrógeno y Helio. Con el paso del tiempo, se formaron la primera generación de estrellas, y con éstas, nuevos elementos químicos. Tras la muerte de estas estrellas, gran parte de los nuevos elementos quedaron en el medio interestelar, dando lugar a la formación de otros cuerpos astronómicos, como planetas y nuevas estrellas. Nuevas estrellas que producirán nuevos elementos, que irán a parar a nuevas estrellas... y así sucesivamente estableciendose un gran "ciclo cósmico de los elementos".


Piensa por un momento en la increíble aventura cósmica por la que han pasado todos los átomos que conforman tu cuerpo. Piensa en el inmenso viaje que han recorrido desde el comienzo de todo, el Big Bang, hasta acabar en la Tierra, pasando por estrellas, Supernovas, Nebulosas...

Piensa en toda la historia que los átomos pueden haber pasado en nuestro mundo: átomos que ahora están en tu cuerpo pueden haber formado partes de rocas, de plantas, de otros animales, quizás algún dinosaurio, quizás algún otro humano... 

Y piensa donde acabarán los átomos cuando mueras: algunos en la tierra, otros en un ser vivo, quizás en otro ser humano, y quizás después en nuestro sol, donde podrían acabar en su núcleo formando una Enana Blanca, o devueltos al espacio interestelar en su etapa de Gigante Roja y acabando entonces en otro planeta, formando parte de otra vida, o quizás en otra estrella...

Átomos con miles de millones de años de incesante viaje por el Universo, hasta que forman parte de ti. Formando ahora parte de tu cuerpo, una estancia ridícula en su vasto tiempo de existencia en el Cosmos, una pequeñísima parada hasta que sean devueltos a, quizás, una nueva estrella.
 

La próxima vez que acaricies a un ser querido, piensa que en realidad estás tocando partes de una estrella de miles de millones de años de antigüedad. La próxima vez que caiga una lágrima por tu cara, piensa que son restos del Big Bang los que están recorriendo tu mejilla.


Carl Sagan popularizó una frase muy especial: "Somos polvo de estrellas". Nunca una frase con tanta belleza resultó ser tan literalmente cierta.

Imagen de la serie de televisión "Cosmos: A Spacetime Odyssey"