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Una vez fuimos hielo cósmico: así se forma el material que constituye la vida

En la superficie de pequeñas partículas sólidas que llamamos polvo interestelar comienza el viaje del agua en el universo. Cada grano de polvo del tamaño de una bacteria lleva una delicada capa de hielos encima como un pastel. Y como los hielos del ártico, ofrecen una historia para que podamos leerla con nuestros telescopios


Aunque a simple vista las nubes, ríos y océanos nos den una apariencia de un planeta Tierra rebosante de agua, las apariencias engañan. Como en casi todo, nada es lo que parece si cambiamos el modo de mirar. Las condensaciones de agua en la atmósfera, los océanos profundos, los continentes de hielo, en realidad no representan apenas nada de lo que pudo haber sido si nuestro planeta estuviese colocado un poco más en las afueras del Sistema Solar. Aunque también hay que decir que en ese caso nosotros, probablemente, no estaríamos aquí. Pero esa es otra historia.

Cuando la Tierra se estaba formando, la mayor parte del agua se perdió al espacio. Solo una parte de cada 1.000 acabó aquí. Si la historia hubiese sido escrita de otro modo, esos océanos de kilómetros de profundidad, los grandes desconocidos de nuestro planeta, estarían todavía mucho más llenos. Pero vamos a lo que nos incumbe ahora. ¿Cómo se forma el agua? ¿De dónde viene?


El viaje que ha hecho el agua para llegar hasta nosotros quizás sea uno de los más largos y complejos jamás realizados. Comienza en el lugar donde se forman las estrellas. Y ahí precisamente es dónde yo, si fuese escritora de otro tipo de relato, empezaría un cuento porque me parece el nombre de lugar más bonito del mundo, que digo del mundo, del Universo: el lugar donde se forman las estrellas. En mi cuento las estrellas tendrían escondrijos, lugares oscuros y fríos donde se acurrucarían todas juntas para poder crecer lejos de los adultos que les vendrían a molestar con sus luces para preguntarles qué están haciendo.

Y en esos lugares empezarían a hacerse grandes y a jugar a que les salen planetas como quien se pone un hulla-hop. Y ahora es cuando esto se pone todavía mejor porque estos sitios, en realidad, son nubes. Nubes hechas de moléculas, mayoritariamente de hidrógeno (con 2 átomos de hidrógeno), y además son los lugares más fríos y oscuros del universo. Lo que hay en estos lugares no tiene forma todavía, es simplemente material que está siendo compactado porque es precisamente cuando se enfría cuando se deja apretujar por la gravedad. Cuando está caliente, el material que hace el mundo es bastante desabrido y no se deja acumular, digamos que mantiene la distancia de seguridad.

Adentrémonos ahora en el centro de la nube, el lugar donde está siendo comprimida, ahí la temperatura es muy baja. Estamos hablando de pocos grados por encima del cero absoluto que en la escala de las personas normales significa muy frío, unos -250 grados en la escala Celsius. La temperatura es simplemente una medida estadística, un promedio, en este caso de la velocidad. La temperatura nos permite, en el mundo de las cosas grandes, medir el movimiento promedio o velocidad de las cosas pequeñas y que las nubes están frías significa que prácticamente no hay movimiento, que las partículas están quietas y además cada tipo de partícula se mueve de manera diferente. Las más grandes se mueven menos: el mundo micro y el mundo macro en este sentido no se diferencian demasiado. En estas regiones, una de cada 100 partículas es sólida y es más grande que las demás. Y por grande estamos refiriéndonos a algo que tiene el tamaño de un virus, como mucho de una bacteria. En la superficie de estos pequeños granos que llamamos polvo es donde comienza el viaje del agua en el universo.

La partícula de polvo está prácticamente quieta, como esperando. Entonces algo la golpea. Es un átomo de oxígeno que además se le queda pegado. Tengamos en cuenta que en todo un día una partícula de polvo puede recibir una colisión: a eso se le llama tener paciencia. Como hay muchos más átomos de hidrógeno, golpean con más frecuencia, pero como son pequeños y escurridizos no se quedan adheridos inmediatamente, tenemos que invocar al efecto túnel de la mecánica cuántica para que puedan tocar la superficie. Entonces, si cuando átomos de hidrógeno encuentran dos veces al oxígeno surge la chispa, se habrá formado una molécula de agua en forma de hielo: hielo de agua.

Todo el proceso es increíblemente lento por las temperaturas que estamos manejando, pero no hay otra manera de hacer agua de manera eficiente y con mucha probabilidad la mayoría del agua en el universo se ha formado de esta manera. Golpe a golpe, colisión a colisión, en la superficie de esos granos tan pequeños como una millonésima de centímetro se va formando una cubierta de hielo que va creciendo. Esos granos de polvo están compuestos de silicio, carbono y aluminio y no son diferentes de los que encontramos en la playa, solo que son más pequeños.

Hemos empezado con el oxígeno, pero si empezamos con el carbono en el polvo y vamos añadiendo hidrógeno tendremos metano. Si la temperatura y la presión de la nube cambian, que lo hacen, con el tiempo también lo hace el tipo de hielo que se construye. A menudo crece primero el hielo de agua y el de dióxido de carbono y después crece una gruesa capa de monóxido de carbono y más tarde viene el metanol, el alcohol más sencillo. En millones de años, átomo a átomo, la mota de polvo construye una cubierta de hielo que eventualmente es más grande que la mota de polvo original. Ahora está cubierta del material que constituye la vida. Este es nuestro origen, una vez fuimos hielo, forjado en diminutos territorios microscópicos suspendidos en el espacio a miles de años luz de distancia.

Cuando la luz infrarroja atraviesa estos “copos de nieve” interestelar hace vibrar a las moléculas de hielo que absorben parte de la luz, alterando sus modos de vibración. Los experimentos de laboratorio muestran que al hacer incidir luz ultravioleta (de estrellas masivas cercanas) en hielos muy sencillos que contienen agua, carbono y nitrógeno forman un lodo orgánico que quizás no puede hacerse de ningún otro modo. Este lodo ha podido llegar a la tierra joven a partir de cometas y formó la base de la abiogénesis, la emergencia natural de vida a partir de la no vida. Cientos de horas del primer año del JWST usarán NIRCAM, NIRspec y MIRI (instrumentos que han contado con una importante contribución de la comunidad española en su construcción y desarrollo) para entender el hielo cósmico y determinar cuánto sobrevive en discos hasta llegar la superficie caliente de un nuevo mundo.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.