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13 de Noviembre de 2015
Astroquímica

La composición química del cosmos a gran escala es universal

El satélite Suzaku revela que las sustancias que conforman el universo son, en promedio, las mismas que las del sistema solar.

Reconstrucción artística del satélite Suzaku. [JAXA]

Como es bien sabido, los elementos más pesados de la tabla periódica se crearon en el interior de las estrellas a través del proceso de fusión nuclear y fueron esparcidos por el cosmos a través las explosiones de supernovas. Por esta razón, el estudio de la composición química del universo permite reconstruir la historia de cada una de las sustancias que han permitido que la vida apareciese en la Tierra.

En términos generales, una explosión estelar puede ocurrir de dos maneras, por lo que la proporción de los elementos químicos producidos dependerá de cada proceso. Los compuestos más ligeros, como el oxígeno y el magnesio, se originan principalmente en las explosiones de estrellas con una masa mayor de diez soles. Estos objetos son conocidos como supernovas de colapso del núcleo (core-collapse supernovae). En cambio, las estrellas más pequeñas suelen terminar su ciclo de vida como enanas blancas, las cuales pueden expulsar una fracción de su material («robado» a una estrella compañera y acumulado en su superficie), convirtiéndose en una supernova termonuclear o de tipo Ia. Átomos pesados como los de hierro y níquel son creados mayoritariamente por este tipo de supernovas. En el caso del sistema solar, para obtener su composición química actual se requiere aproximadamente una explosión de una supernova termonuclear por cada cinco de colapso del núcleo.

Ahora, un grupo de investigadores ha utilizado el satélite Suzaku de rayos X de la Agencia Espacial Japonesa (JAXA) para averiguar si la composición química del universo guarda relación con la del sistema solar o si, por el contrario, nuestro vecindario local es un lugar especial del cosmos. Para ello, en vez de estudiar los elementos producidos por cada estrella, los astrónomos han analizado el espacio intergaláctico. El motivo de esta estrategia radica en que la mayor parte de los metales no está contenida en las estrellas, sino en el gas caliente y difuso en el espacio entre las galaxias, que es visible en la banda de los de rayos X. En concreto, esta emisión proviene de los llamados cúmulos de galaxias, zonas del universo en dónde estructuras como la Vía Láctea se unen entre ellas por efecto de la gravedad.

Aurora Simionescu, de la JAXA, y sus colaboradores llevaron a cabo distintas observaciones con Suzaku para intentar esclarecer el enigma de la composición química intergaláctica. Durante las primeras observaciones, estudiaron el sistema más brillante en rayos X de su clase, el cúmulo de Perseo, que permitió realizar mediciones muy detalladas de la abundancia del hierro a gran escala. Con todo, estos datos no proporcionaron información sobre los elementos químicos producidos principalmente por las supernovas de colapso del núcleo.

A fin de poder comparar la emisión X de los elementos más ligeros con los más pesados, los astrónomos llevaron a cabo observaciones del grupo de galaxias más cercano a nosotros y el segundo más brillante en rayos X, el cúmulo de Virgo; su temperatura media más baja que del cúmulo de Perseo resultó apropiada para este estudio. El análisis de los nuevos datos permitió detectar no solo hierro sino, por primera vez, magnesio, silicio y azufre. Sus resultados fueron publicados en la revista The Astrophysical Journal Letters.

«Encontramos que las relaciones entre las abundancias de esos elementos son constantes en todo el volumen del cúmulo de Virgo. Además, los valores obtenidos son consistentes con la composición del Sol y la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia», afirma Norbert Werner, de la Universidad Stanford y coautor del estudio. Los cúmulos de galaxias ocupan un gran volumen del espacio, por lo que se considera que el contenido de cada uno de ellos es representativo de todo el universo.

El hallazgo sugiere que la composición química del cosmos es la misma desde escalas del radio solar (cientos de miles de kilómetros) hasta las de un cúmulo de galaxias (varios millones de años luz). Pese a que puedan existir lugares «únicos», en promedio, la composición química del universo guarda semejanza con la de nuestro entorno local, cuyos elementos fueron determinantes para que la vida apareciese tal como la conocemos.

«El satélite Suzaku ha abierto una ventana nueva al universo y nos ha demostrado que, miremos donde miremos, a gran escala la combinación de los compuestos químicos es esencialmente la misma», asegura Steven Allen, de la Universidad Stanford y participante en el estudio. «Es un resultado simple, pero constituye un paso fundamental para comprender en qué manera el universo llegó a ser lo que es hoy en día».

Más información en The Astrophysical Journal Letters

Fuente: JAXA

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