13 Mar El viaje cósmico de un protón de hierro 💫

Esta es la historia de un viaje tan apasionante como inusual. Relata brevemente el origen y aventuras de un protón de un átomo de hierro, desde que se crea en la millonésima parte de segundo tras el Big Bang hasta que encuentra su nuevo hogar en la Tierra. ¿Cómo ha llegado ahí y por qué? Esta es su historia.

Al principio de todo no había más que oscuridad. O, al menos, el primer muro del fin del universo no nos deja ver qué se esconde detrás de él. Pero la ciencia sí está de acuerdo en una cosa: un punto diminuto de densidad y temperatura extraordinarias, en el que estaba concentrada toda la materia y la energía, que son dos componentes vitales del cosmos, decidió abrirse paso hace mucho tiempo. 13.700 millones de años para ser exactos. Una cifra que nos cuesta imaginar, pero que, para ponerla en contexto, es el triple del tiempo desde que nuestro hogar, la Tierra, se formó. Y, para situarnos aún más, representa un periodo de tiempo 46.000 veces superior al que el ser humano lleva caminando (desde el Homo sapiens) por este pequeño punto azul.

Los comienzos del cosmos fueron fueron tremendamente ajetreados. Tanto que pestañear suponía perderse una eternidad de sucesos. Antes de cumplir el primer segundo de vida, el universo ya había experimentado una gran inflación, tan colosal que dejaría en anécdota irrelevante cualquier pérdida de poder adquisitivo que podamos imaginar en la peor de las peores crisis económicas por las que pudiera atravesar jamás la humanidad. La sucedida tras el Big Bang fue una inflación cósmica, que convirtió un espacio más pequeño que un átomo (invisible a nuestros ojos) en un mini universo de 10 centímetros.

De la inflación al frío

A partir de entonces las cosas empezarían a ponerse cada vez más interesantes. Y entiendo por interesante el hecho de que surgiera una mayor complejidad y variedad. La habitación cósmica se empezó a ensanchar. En un breve instante pasó de ocupar la mitad que una molécula de ADN a alcanzar una distancia de más de diez años luz, más del doble de espacio que separa la Tierra de Alpha Centauri, la estrella más próxima a nosotros que no es el Sol. Para este momento ya se habían separado las cuatro grandes fuerzas fundamentales y habían aparecido las primeras partículas elementales, como los quarks, electrones y gluones.

A medida que el universo ganaba tamaño, la habitación se enfriaba. Y esto permitió que, entre uno y tres minutos después del destello inicial, protones y neutrones formasen los primeros núcleos atómicos. Pero la sopa de elementos todavía estaba muy caliente, lo suficiente como para impedir que los núcleos atómicos se emparejaran con electrones. Habría que esperar 380.000 años. Fue entonces cuando el “frío” (la temperatura todavía era de miles de grados) permitió que la complejidad diera un paso de gigante. Se crearon los primeros átomos y, con ellos, un pilar básico de la materia. Pero para que nuestro protón llegara a formar parte de un átomo de hierro todavía era pronto.

Nuevos inquilinos, las estrellas

Esos 380.000 años son el umbral del primer muro del fin del universo. Antes de ese tiempo solo vemos oscuridad porque la luz no pudo abrirse camino hasta que los fotones pudieron viajar libremente entre un camino de átomos neutros. En la era de la Recombinación, el cosmos se volvió transparente y esa luz es la que aún hoy podemos observar a través de la radiación de fondo de microondas. Que cualquiera de nosotros puede ver incluso en el ruido del canal del televisor que no emite señal. Esa luz que ha viajado hacia nosotros es la que nos permite saber que hace 13.800 millones de años el universo era más cálido y pequeño y que la habitación, muy fría ahora, no ha dejado de ampliarse para acoger a más inquilinos.

Entre esos inquilinos hay unos muy especiales: las estrellas. No empezarían a formarse hasta unos cientos de millones de años después del origen de todo. Durante un tiempo, desde el muro hasta unos 200 millones de años más tarde, la habitación debió de estar en una penumbra absoluta. Desde todo el albedrío inicial se había pasado a una época oscura, que terminaría con la formación de las primeras estrellas, creadas a partir de la fusión de materia como consecuencia de la gravedad. Una fusión que se produjo bajo una presión y una temperatura enormes y que provocó la creación, en el interior de las propias estrellas, de elementos químicos mucho más pesados que los creados hasta entonces. Entre ellos se encuentra el hierro, un elemento necesario para la vida, y cuyo átomo contiene 26 protones y 26 electrones. Aquí sí hay sitio para nuestro protón que viaja desde el origen del universo.

Muerte que da lugar a la vida

Pero las estrellas queman combustible y este no es eterno, sobre todo en las más grandes: le pasa como a muchas celebridades, brillan más pero por menor tiempo. Cuando llegan a su fase moribunda explotan en un fenómeno espectacular, conocido como supernova. El calor originado en estas explosiones crea elementos como el oro, pero también desparrama por el espacio otros elementos que contenía la estrella en su interior. Entre ellos, el átomo de hierro en el que viajan nuestro protón.

Una estrella muere, pero, como diría Tito Lucrecio, vivirá eternamente a través del surgimiento de nuevas estrellas y nuevos sistemas planetarios alrededor de ellas. La materia diseminada por la estrella recién fallecida, por efecto de la gravedad, se fusiona y permite crear una nueva estrella, alrededor de la que se forma un disco de acreción, una especie de sopa de materia que orbita a su alrededor. La gravedad hará el resto.

El turno de la Tierra

De esta forma es cómo se creó la Tierra. Nuestro hogar no siempre fue tan acogedor como ahora (aunque cada vez lo es menos por el cambio climático). El Sol se formó hace unos 4.600 millones de años y la Tierra, poco después, a partir de la materia de ese disco de acreción. Los escombros rocosos se fueron acumulando, siendo cada vez más grandes. Objetos del tamaño de la Luna cruzaron sus caminos, abrazándose en colisiones muy violentas. Esa atracción se produjo con tanta fuerza que la energía de su impacto se convirtió en calor, fundiéndolos en uno solo.

En un comienzo el planeta era un objeto de material fundido. Nada tenía que ver con los paisajes de mar y montaña. Es una muestra más de que la materia -y, en ocasiones, la vida- se abre paso de formas poco amigables. El material más pesado, como el hierro, se hundió hacia el interior hasta formar su núcleo metálico, que hoy en día está envuelto por una manto de capas, como si quisieran protegerle del frío exterior del espacio. Aunque el núcleo, con una temperatura de 5.500º C, no necesita precisamente ninguna manta que lo abrigue.

El último destino del protón

Este núcleo es ahora el hogar de muchos protones de los átomos de hierro, como el que protagoniza este relato. Este protón es polvo de estrellas que ha encontrado en la Tierra su nuevo hogar, al igual que nosotros. Pero es más que eso. Ha viajado desde los albores del cosmos, atravesando la sopa inicial hasta colisionar con neutrones para formar núcleos juntos y, más adelante, átomos tras la combinación con electrones. Con la atracción que alimenta la gravedad, su destino estaba escrito en las estrellas, hasta que la muerte lo impulsó a su nueva parada: el corazón de un planeta que puede resultar insignificante y desamparado en el vasto espacio oscuro del universo. Pero que, para bien o para mal, es nuestra casa y desde la que hemos aprendido a seguir el rastro a objetos tan diminutos como un protón de hierro.