Un equipo internacional de científicos compuesto por miembros de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de Heidelberg (UH) llevó a cabo una investigación revolucionaria que logró resolver la teoría de la Discrepancia de abundancias, un enigma sobre la composición química del Universo que ocupa a la comunidad científica desde 1940.
La investigación que publicó la revista Nature explica que bajo la deducción propuesta en 1967 por Manuel Peimbert Sierra, investigador emérito del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, indica que mientras que las cantidades de los elementos químicos mayoritarios que conforman las nebulosas de regiones HII —la Nebulosa de Orión sería el ejemplo más conocido— en el Universo, que son el hidrógeno y el helio, no son tan relevantes: las diferencias de elementos presentes en menor cantidad como carbono, nitrógeno, oxígeno y neón son de dos a cuatro veces mayores que lo aceptado hasta ahora.
Cabe precisar que una región HII es una nube de gas y plasma brillante que puede alcanzar un tamaño de varios cientos de años luz y en la cual se forman estrellas masivas. Dichas estrellas emiten copiosas cantidades de luz ultravioleta extrema, con longitudes de onda inferiores a 912 angstroms (unidad de longitud empleada principalmente para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas), que ionizan la nebulosa a su alrededor.
Estas regiones pueden dar nacimiento a una gran cantidad de estrellas durante un periodo de varios millones de años. Al final los intensos vientos estelares y explosiones de supernova en el cúmulo estelar resultante dispersan los gases de la región, dejando atrás un cúmulo similar al de las Pléyades.
La luz que emiten las regiones HII puede observarse hasta en las galaxias más lejanas y es clave para trazar la historia de la formación estelar y determinar la composición química del Universo. Sin embargo, las distintas formas de estudiar estas regiones han dado lugar a resultados discrepantes durante los últimos 80 años.
Premisa
Según Peimbert el brillo de las líneas excitadas colisionalmente depende fuertemente de la temperatura: si esta presenta variaciones, las abundancias químicas estarán subestimadas; en cambio las líneas de recombinación no presentan dicho problema y proporcionan valores correctos.
Ahora, gracias a la espectroscopía, una técnica que permite analizar la composición química de la materia a partir de la dispersión de la luz, se logró recabar información de la proporción de elementos químicos, temperaturas, densidades, velocidades, etcétera, del Cosmos. Este código de barras está compuesto por líneas y cada línea se asocia a diferencias de energía únicas de cada elemento químico, según su composición y condiciones físicas.
Proceso
Así, empleando un conjunto de observaciones públicas de gran precisión, varias de ellas obtenidas con el Gran Telescopio Canarias (GTC), que tiene un espejo primario de 10.4 metros de diámetro, fue posible estudiar dos mil 900 líneas de emisión de 190 espectros de un conjunto de nebulosas.
Al interpretar estas observaciones los astrónomos encontraron discrepancias. Las abundancias relativas al hidrógeno de recombinación son dos a cuatro veces mayores que las que se derivan de las líneas de excitación colisional, lo que causa un gran problema, puesto que deberían coincidir. Y esta diferencia, afirma Peimbert, “tiene consecuencias importantes en la interpretación de la historia química de las galaxias”.
Con el hallazgo la comunidad científica podrá lograr mayor precisión sobre el conocimiento de la composición química del Universo, permitiendo hacer modelos más exactos.
Y es que gracias a la gran calidad de los datos obtenidos el equipo consiguió encajar todas las piezas del rompecabezas al descubrir que las variaciones de temperatura están presentes, pero no en toda la nebulosa, sino concentradas en las zonas más internas e ionizadas.
José Eduardo Méndez Delgado, investigador de la UH y autor principal del artículo, indica que “de hecho, sorprendentemente, encontramos que la temperatura calculada con las líneas de nitrógeno (NII) es representativa del valor promedio de las zonas externas de las nebulosas y, por lo tanto, útil para calcular las abundancias químicas correctas. La evidencia observacional ya estaba disponible, solo faltaba verla con la perspectiva adecuada”.
Desde este nuevo escenario, el equipo de investigación ha podido constatar que la inmensa mayoría de los estudios previos con base en el análisis de las brillantes líneas excitadas colisionalmente han subestimado las abundancias de elementos pesados. Además, la evidencia indica que este efecto podría ser mayor en los objetos menos evolucionados del Universo, como galaxias lejanas y jóvenes que se descubrieron recientemente con ayuda del telescopio espacial James Webb.
El estudio propone también una serie de relaciones que permiten estimar correctamente la abundancia de elementos pesados aun sin la necesidad de observar las débiles líneas de recombinación. “Esto permite corregir los datos disponibles y analizar adecuadamente las observaciones futuras, lo que sin duda cambiará muchas de las ideas que teníamos sobre la composición química del Universo”, concluye Méndez.
Importancia de la química en el Universo
Los procesos químicos que se producen en el gas interestelar regulan la formación de estrellas y planetas. El conocimiento de la composición química del gas y las partículas de polvo es interesante por sí mismo. Las partículas de polvo son la materia prima a partir del cual se forman los planetas. Aunque la detección directa de los compuestos que forman una partícula de polvo es muy difícil, se han desarrollado complejos modelos químicos que incluyen la fase gaseosa y la sólida —partículas de polvo—, que combinados con observaciones astronómicas son capaces de predecir la composición química del polvo. Se conoce que en el interior más profundo de las nubes moleculares las partículas de polvo se cubren de una capa de hielo rico en agua y monóxido de carbono en el que se forman moléculas orgánicas complejas. Estas especies podrían sobrevivir hasta formar parte de los embriones de planetas. Conocer el destino de algunas de estas moléculas es de gran interés para los astrónomos debido a su conexión con el origen de la vida.
Fuente: Astronomia.ign