El Material Más Antiguo de la Tierra: Polvo de Estrellas de 7 Mil Millones de Años

Las estrellas tienen ciclos de vida. Nacen cuando pedazos de polvo y gas que flotan en el espacio se encuentran, colapsan y se calientan. Se queman por millones o miles de millones de años, y luego mueren. Cuando mueren, lanzan las partículas que se formaron en sus vientos hacia el espacio, y esos pedazos de polvo de estrellas eventualmente forman nuevas estrellas, junto con nuevos planetas, lunas y meteoritos. Y en un meteorito que cayó hace cincuenta años en Australia, los científicos han descubierto el polvo de estrellas que se formó hace 5 a 7 mil millones de años, es el material sólido más antiguo que se haya encontrado en la Tierra.

"Este es uno de los estudios más interesantes en los que he trabajado", dice Philipp Heck, curador del Field Museum, profesor asociado de la Universidad de Chicago y autor principal de un artículo que describe los hallazgos en las Actas del National Academia de Ciencias. "Estos son los materiales sólidos más antiguos jamás encontrados, y nos cuentan cómo se formaron las estrellas en nuestra galaxia".

Más viejo que el sol

Los materiales que examinaron Heck y sus colegas se llaman granos presolares, minerales formados antes de que naciera el Sol. "Son muestras sólidas de estrellas, polvo de estrellas", dice Heck. Estos trozos de polvo de estrellas quedaron atrapados en meteoritos donde permanecieron sin cambios durante miles de millones de años, convirtiéndolos en cápsulas de tiempo del tiempo anterior al sistema solar.

Las salidas ricas en polvo de estrellas evolucionadas similares a la Nebulosa del Huevo representada son fuentes plausibles de los grandes granos de carburo de silicio presolar encontrados en meteoritos como Murchison. (Imagen cortesía de la NASA, W. Sparks (STScI) y R. Sahai (JPL). Recuadro: grano de SiC con ~ 8 micrómetros en su dimensión más larga. Imagen del recuadro cortesía de Janaína N. Ávila.)

Pero los granos presolares son difíciles de encontrar. Son raros, se encuentran solo en aproximadamente el cinco por ciento de los meteoritos que han caído a la Tierra, y son pequeños: cien de los más grandes cabrían en el período al final de esta oración. Pero el Field Museum tiene la mayor parte del meteorito de Murchison, un tesoro de granos presolares que cayó en Australia en 1969 y que la gente de Murchison, Victoria, puso a disposición de la ciencia. Los granos presolares para este estudio fueron aislados del meteorito Murchison para este estudio hace aproximadamente 30 años en la Universidad de Chicago.

"Comienza con fragmentos aplastantes del meteorito hasta convertirlos en polvo", explica Jennika Greer, una estudiante graduada en el Field Museum y la Universidad de Chicago y coautora del estudio.

"Una vez que todas las piezas están segregadas, es una especie de pasta y tiene una característica picante: huele a mantequilla de maní podrida".

Esta "pasta de meteorito de mantequilla de maní podrida" se disolvió luego con ácido, hasta que solo quedaron los granos presolares. "Es como quemar el pajar para encontrar la aguja", dice Heck.

Fragmento del meteorito de Murchison (a la derecha) y partículas individuales aisladas (que se muestran en el tubo de ensayo). (Dominio publico)

Una vez que se aislaron los granos presolares, los investigadores descubrieron de qué tipo de estrellas venían y cuántos años tenían. "Utilizamos datos de la edad de exposición, que básicamente mide su exposición a los rayos cósmicos, que son partículas de alta energía que vuelan a través de nuestra galaxia y penetran en la materia sólida", explica Heck. "Algunos de estos rayos cósmicos interactúan con la materia y forman nuevos elementos. Y cuanto más se exponen, más se forman esos elementos".

"Comparo esto con poner un balde en una tormenta de lluvia. Suponiendo que la lluvia sea constante, la cantidad de agua que se acumula en el balde te dice cuánto tiempo estuvo expuesto", agrega. Al medir cuántos de estos nuevos elementos producidos por rayos cósmicos están presentes en un grano presolar, podemos determinar cuánto tiempo estuvo expuesto a los rayos cósmicos, lo que nos dice cuántos años tiene.

Los investigadores descubrieron que algunos de los granos presolares de su muestra eran los más antiguos jamás descubiertos, según la cantidad de rayos cósmicos que habían absorbido, la mayoría de los granos tenían que tener entre 4,6 y 4,9 mil millones de años, y algunos granos eran incluso más viejos de 5.5 billones de años. Para el contexto, nuestro Sol tiene 4.600 millones de años y la Tierra tiene 4.500 millones.

Micrografía electrónica de barrido de un grano de carburo de silicio presolar fechado. El grano es de ~ 8 micrómetros en su dimensión más larga. (Imagen cortesía Janaína N. Ávila.)

Pero la edad de los granos presolares no fue el final del descubrimiento. Dado que los granos presolares se forman cuando una estrella muere, pueden contarnos sobre la historia de las estrellas. Y hace 7 mil millones de años, aparentemente había una gran cosecha de nuevas estrellas que formaban una especie de baby boom astral.

"Tenemos más granos jóvenes de los que esperábamos", dice Heck. "Nuestra hipótesis es que la mayoría de esos granos, que tienen entre 4,9 y 4,6 mil millones de años, se formaron en un episodio de formación estelar mejorada. Hubo un tiempo antes del inicio del Sistema Solar cuando se formaron más estrellas de lo normal".

Este hallazgo es una munición en un debate entre los científicos sobre si las nuevas estrellas se forman o no a un ritmo constante, o si hay altibajos en el número de nuevas estrellas a lo largo del tiempo. "Algunas personas piensan que la tasa de formación de estrellas de la galaxia es constante", dice Heck. "Pero gracias a estos granos, ahora tenemos evidencia directa de un período de formación estelar mejorada en nuestra galaxia hace siete mil millones de años con muestras de meteoritos. Este es uno de los hallazgos clave de nuestro estudio".

Heck señala que esto no es lo único inesperado que encontró su equipo. Como casi una nota al margen de las principales preguntas de investigación, al examinar la forma en que los minerales en los granos interactúan con los rayos cósmicos, los investigadores también aprendieron que los granos presolares a menudo flotan en el espacio unidos en grandes grupos, "como la granola", dice Heck. "Nadie pensó que esto fuera posible a esa escala".

Lo que nos puede decir el material más antiguo del mundo

Heck y sus colegas esperan con ansias todos estos descubrimientos que fomentan nuestro conocimiento de nuestra galaxia.

"Con este estudio, hemos determinado directamente la vida útil del polvo de estrellas. Esperamos que esto sea recogido y estudiado para que las personas puedan usar esto como entrada para modelos de todo el ciclo de vida galáctico", dice.

Heck señala que quedan preguntas de por vida para responder sobre los granos presolares y el Sistema Solar temprano. "Ojalá tuviéramos más personas trabajando para aprender más sobre nuestra galaxia, la Vía Láctea", dice.

"Una vez que aprendas sobre esto, ¿cómo quieres estudiar algo más?" dice Greer. "Es increíble, es lo más interesante del mundo".

"Siempre quise hacer astronomía con muestras geológicas que puedo tener en la mano", dice Heck. "Es muy emocionante mirar la historia de nuestra galaxia. Stardust es el material más antiguo que llega a la Tierra, y a partir de él, podemos aprender acerca de nuestras estrellas madre, el origen del carbono en nuestros cuerpos, el origen del oxígeno que respiramos. Con el polvo de estrellas, podemos rastrear ese material hasta el tiempo anterior al Sol ".

"Es lo mejor para poder tomar una muestra directamente de una estrella", dice Greer.

Este estudio fue contribuido por investigadores del Field Museum, la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, la Universidad de Washington, la Facultad de Medicina de Harvard, ETH Zurich y la Universidad Nacional de Australia. La financiación fue proporcionada por la NASA, la Fundación TAWANI, la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Energía, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza, el Consejo Nacional Brasileño para el Desarrollo Científico y Tecnológico y el Comité de Financiación de Becas y Ciencia del Museo Field.

Imagen de Portada: Ilustración del meteorito que ingresa a la atmósfera de la Tierra Fuente: lassedesignen/ Adobe Stock

El artículo "Meteorito contiene el material más antiguo de la Tierra: polvo de estrellas de 7 mil millones de años: el polvo de estrellas antiguo revela un 'baby boom' en la formación de estrellas". Fue publicado originalmente en Science Daily.

Fuente: Field Museum. "El meteorito contiene el material más antiguo de la Tierra: polvo de estrellas de 7 mil millones de años: el antiguo polvo de estrellas revela un 'baby boom' en la formación de estrellas". Ciencia diaria. ScienceDaily, 13 de enero de 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200113153306.htm

Referecias

Philipp R. Heck, Jennika Greer, Levke Kööp, Reto Trappitsch, Frank Gyngard, Henner Busemann, Colin Maden, Janaína N. Ávila, Andrew M. Davis, Rainer Wieler. Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide. Proceedings of the National Academy of Sciences, Jan. 13, 2020; DOI: 10.1073/pnas.1904573117