Galaxias y elementoscómo las estrellas construyeron la tabla periódica

Los elementos de la tabla periódica se forjaron paso a paso en las estrellas, y la muerte de las estrellas los dispersó por el espacio. Tres núcleos de helio forman carbono. La combustión del carbono empieza a acumular el oxígeno que necesita la vida. La combustión del silicio llega hasta el hierro, donde termina la fusión. Los elementos más pesados, como el oro, el platino y el uranio, tienen que forjarse mediante el proceso r en fusiones de estrellas de neutrones.

Esta era va de los 1000 a los 9000 millones de años. Es también la era en que crecieron las galaxias: crecieron mediante colisiones, y la Vía Láctea es una galaxia espiral barrada cuyas estrellas se forman sobre todo en sus brazos espirales.

Siete eventos

• Nacimiento del carbono (proceso triple alfa): Tres núcleos de helio se fusionan en carbono.
• Nacimiento del oxígeno (combustión del carbono): El oxígeno que necesita la vida empieza a acumularse.
• Pico del hierro (combustión del silicio): La fusión termina en el hierro. La combustión solo por fusión se detiene aquí.
• Proceso r (fusiones de estrellas de neutrones): Se forjan el oro, el platino y el uranio.
• 1000 millones de años · Protogalaxias: Las galaxias crecen mediante colisiones.
• 4000 millones de años · Se forma la Vía Láctea: Toma forma una galaxia espiral barrada.
• 8000 millones de años · Brazos espirales: La formación de estrellas se concentra en los brazos espirales.

Cómo se cocinaron los elementos

Para que las estrellas hagan suficiente carbono, el carbono-12 debe tener un nivel de energía especial. Fue una conclusión predicha primero y confirmada después por experimento. El artículo trata de las reacciones nucleares en estrellas muy calientes y de la síntesis de elementos desde el carbono hasta el níquel (Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement, 1954). Unos años después, un artículo de cien páginas explicó de forma sistemática cómo forjan las estrellas, paso a paso, los elementos de la tabla periódica. La frase «todos somos polvo de estrellas» empieza aquí (Burbidge, Burbidge, Fowler y Hoyle, Reviews of Modern Physics, 1957).

De dónde viene el oro

¿Cómo se descubrieron las estrellas de neutrones? La estudiante de posgrado Jocelyn Bell notó una señal de radio que pulsaba con precisión de fracciones de segundo. Al principio se llamó en broma «hombrecillos verdes» y luego se demostró que era una estrella de neutrones (Hewish, Bell et al., Nature, 1968). Cuando se fusionaron dos estrellas de neutrones, los humanos por primera vez «oyeron» y «vieron» el mismo suceso cósmico, que se llama kilonova (Abbott et al., Physical Review Letters, 2017). La materia expulsada por la fusión contiene grandes cantidades de elementos pesados, y el oro de tu anillo bien podría venir de una colisión así (Kasen et al., Nature, 2017).

Galaxias y materia oscura

¿Cómo crecen las galaxias? Si la materia oscura es «fría», es decir, lenta, las galaxias se reúnen de abajo arriba paso a paso, lo que coincide con la observación (Blumenthal, Faber, Primack y Rees, Nature, 1984). Las simulaciones por ordenador también mostraron que los halos de materia oscura fría, desde galaxias enanas hasta cúmulos de galaxias, siguen la misma curva de densidad, que más tarde recibió el nombre de sus tres autores (Navarro, Frenk y White, The Astrophysical Journal, 1996).

Ver las galaxias con claridad

El telescopio Hubble miró fijamente una pequeña zona de cielo «vacío» durante diez días de exposición y captó unas 3000 galaxias (Williams et al., The Astronomical Journal, 1996). El satélite Gaia midió las posiciones y los movimientos de más de mil millones de estrellas y dibujó el mapa 3D más detallado de la Vía Láctea (Colaboración Gaia, Astronomy & Astrophysics, 2018). Se han encontrado galaxias aún más antiguas: el telescopio Webb confirmó galaxias brillantes que existían solo unos 300 millones de años después del inicio del universo, mucho antes de lo esperado. El artículo es una confirmación espectroscópica de dos galaxias luminosas con corrimiento al rojo 14 (Carniani et al., Nature, 2024).

¿Quieres leer los originales? Busca estos títulos

• Hoyle (1954): On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel
• Burbidge et al. (1957): Synthesis of the elements in stars
• Hewish, Bell et al. (1968): Observation of a rapidly pulsating radio source
• Abbott et al. (2017): GW170817: Observation of gravitational waves from a binary neutron star inspiral
• Kasen et al. (2017): Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event
• Blumenthal et al. (1984): Formation of galaxies and large-scale structure with cold dark matter
• Navarro et al. (1996): The structure of cold dark matter halos
• Williams et al. (1996): The Hubble Deep Field: Observations, data reduction, and galaxy photometry
• Colaboración Gaia (2018): Gaia Data Release 2. Summary of the contents and survey properties
• Carniani et al. (2024): Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14

Cómo lo muestra el juego

En el juego, el rango de tiempo de la era Galaxias y elementos es «1000 – 9000 millones de años» y su recurso son los elementos pesados. Los generadores son Fusión estelar, Explosiones de supernova, Fusiones de estrellas de neutrones y Reciclaje del medio interestelar, nombrados por la cadena de montaje de elementos descrita arriba.