Un equipo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha logrado demostrar el papel clave del hidrógeno en la formación del polvo cósmico de las gigantes rojas, estrellas de masa baja o intermedia que se encuentran en la fase final de su vida.
El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, ayuda a resolver uno de los grandes interrogantes de la astrofísica: cómo se originan las partículas sólidas que intervienen en la formación de estrellas, planetas y galaxias.
Los resultados se han obtenido gracias a STARDUST, una instalación singular única en el mundo diseñada para producir análogos de polvo cósmico en condiciones controladas.
Qué es el polvo cósmico y por qué es importante
“El polvo cósmico es uno de los ingredientes fundamentales del universo”, explica José Ángel Martín-Gago, director del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y uno de los investigadores principales del estudio. Aunque pueda parecer un elemento menor, estas partículas microscópicas desempeñan funciones esenciales.
“Estas diminutas partículas sólidas desempeñan un papel crucial en la evolución de galaxias, en la formación de estrellas y planetas y en la química del medio interestelar”, añade Gonzalo Santoro, investigador del Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC) y autor principal del trabajo.
El misterio del origen del polvo cósmico
Los científicos recuerdan que, pese a su relevancia, todavía existían incógnitas sobre su formación. “El mecanismo atomístico en la nanoescala que conduce a la formación de estos granos sigue siendo, en gran medida, un problema abierto en astrofísica”.
Sí se sabía que gran parte del polvo cósmico se origina en atmósferas de estrellas evolucionadas ricas en carbono, conocidas como gigantes rojas. “En estos entornos se forman granos de polvo que, en el tipo de estrella que nosotros simulamos en el laboratorio, están compuestos principalmente por carbono amorfo y carburo de silicio”, agrega Santoro.
STARDUST: reproducir estrellas en un laboratorio
Para resolver este enigma, el equipo combinó astroquímica experimental, espectroscopía, microscopía electrónica y modelización teórica. Los experimentos se realizaron en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid utilizando STARDUST, una instalación única capaz de reproducir las condiciones químicas de las atmósferas de gigantes rojas con un control sin precedentes.
Gracias a esta tecnología, los investigadores lograron simular en laboratorio las capas internas de envolturas circunestelares ricas en carbono. “Hemos investigado la interacción entre carbono atómico, silicio atómico e hidrógeno molecular, tres de las especies más abundantes en estas estrellas”, continúa Martín-Gago.
Con STARDUST, el equipo generó nanopartículas análogas a las que se forman en las primeras etapas del crecimiento del polvo espacial. Tras analizarlas mediante microscopía electrónica y espectroscopía, observaron la formación de nanopartículas de carburo de silicio parcialmente hidrogenado, junto a partículas de carbono amorfo e incluso silicio hidrogenado.
El papel clave del hidrógeno en el universo
El principal resultado del trabajo ha sido demostrar el papel del hidrógeno como activador del proceso. El hidrógeno actúa como “promotor de la formación de granos de carburo de silicio”, continúa Santoro.
Según demuestra el estudio, cuando existe alta densidad de hidrógeno molecular, carbono y silicio interactúan mucho más intensamente, iniciando una cadena de reacciones químicas que favorece la formación del polvo.
Identificada la molécula precursora del polvo cósmico
El trabajo también confirma que la molécula dicarburo de silicio (SiC2), detectada previamente en gigantes rojas, es la molécula precursora del polvo cósmico de carburo de silicio. Hasta ahora, esta hipótesis era solo especulativa.
José Ignacio Martínez, investigador del ICMM-CSIC y participante en el estudio, destaca que la modelización teórica ha sido esencial para comprender el proceso y explicar el papel del hidrógeno.
Implicaciones para entender el origen de planetas y sistemas solares
Este hallazgo tiene importantes aplicaciones astrofísicas. Observaciones astronómicas previas habían detectado que las moléculas de dicarburo de silicio disminuyen a medida que se forman los granos de polvo. El nuevo estudio propone una explicación: esta molécula “se incorpora eficientemente al material sólido”.
Más allá del interés astrofísico, el equipo destaca el valor metodológico del trabajo. “El trabajo ilustra cómo la astroquímica de laboratorio permite conectar procesos nanoscópicos con fenómenos cósmicos a gran escala”, celebra Martín-Gago.
“La eficiente combinación de experimentos controlados, técnicas avanzadas de caracterización y modelización teórica abre nuevas vías para comprender cómo se forman los granos de polvo que, millones de años después, acabarán formando parte de planetas, meteoritos o incluso de la materia que compone nuestro propio sistema solar”, concluyen los investigadores.
