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Un equipo de científicos ha logrado demostrar el papel clave que desempeña el hidrógeno en la formación del polvo cósmico de las ´gigantes rojas´, las estrellas de masa baja o intermedia que se encuentran en el final de su vida, y lo han hecho utilizando una instalación que reproduce a escala nanoscópica fenómenos cósmicos a gran escala.
El trabajo, que ha sido liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), tiene importantes aplicaciones astrofísicas, y los resultados se han obtenido gracias a la máquina Stardust, una instalación singular única en el mundo que se diseñó para producir análogos de polvo cósmico en condiciones controladas; las conclusiones de la investigación se publicaron ayer en la revista Nature Astronomy.
"El polvo cósmico es uno de los ingredientes fundamentales del universo", ha explicado José Ángel Martín-Gago, director del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y uno de los investigadores principales del estudio.
Aunque a priori pueda parecer un componente menor, "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", ha precisado Gonzalo Santoro, autor principal del trabajo e investigador en el Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC).
Liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y el Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC), el trabajo ha contado con la participación de varios centros del CSIC (el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros y el Instituto de Física Fundamental), así como de los franceses instituto IRAP-CNRS y la Universidad de Toulouse.
Los investigadores propusieron un enfoque que combina astroquímica experimental, espectroscopía, microscopía electrónica y modelización teórica, y han logrado reproducir en laboratorio algunas de las condiciones químicas presentes en ese tipo de estrellas.
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.
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.
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.
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.
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