enero 2021

Si acostumbráis a mirar el cielo nocturno habréis notado que todas las estrellas son… Casi idénticas. Es cierto que algunas brillan un poco más que otras o tienen una tonalidad un poco distinta, pero, siendo sinceros, la mayoría de los miles de puntitos luminosos individuales que adornan el firmamento son aburridamente parecidos a simple vista.

Ahora bien, no hay que olvidar que esas estrellas aparentemente minúsculas son bolas de gas incandescentes que, en muchos casos, rondan los millones de kilómetros de diámetro. Y aunque estén tan lejos de nosotros que ni siquiera los mejores telescopios actuales pueden resolver su silueta, contamos con otras técnicas que nos proporcionan otra información muy interesante sobre ellas.

Una de esas técnicas es la espectroscopía. Usando un espectroscopio es posible descomponer la luz blanca de las estrellas en sus longitudes de onda fundamentales o, dicho de manera menos técnica, en las tonalidades exactas que contiene de cada color. Como los átomos de cada elemento producen unas combinaciones muy concretas de colores cuando sus átomos están excitados (en función de cómo estén estructurados los electrones alrededor de su núcleo), esta técnica permite deducir qué elementos están presentes en la atmósfera de una estrella a partir de los colores que conforman la luz que emite.

Gracias a la espectroscopía sabemos que la inmensa mayoría de las estrellas están hechas principalmente de hidrógeno y helio, además de trazas del resto de los elementos de la tabla periódica. Pero, de vez en cuando, el análisis de la luz de alguno de esos puntos brillantes individuales aparentemente comunes que adornan el cielo nocturno arroja un resultado sorprendente. Ese es el caso de la inusual estrella de Przybylski, en cuya atmósfera se han detectado elementos radiactivos poco comunes con núcleos atómicos muy pesados, como el neptunio, el americio, el protactinio… Y el plutonio.

Ya, bueno, pero tú mismo has dicho todas las estrellas contienen trazas muchos elementos químicos. ¿Por qué iba es inusual encontrarlos también en esta estrella?

Porque esos elementos radiactivos están presentes en la estrella de Przybylski en cantidades muy superiores a lo habitual, voz cursiva. De hecho, otro detalle extraño de este astro es que también contiene una proporción inusualmente baja de otros elementos que sí son relativamente abundantes en las estrellas corrientes, como el hierro y el níquel.

Para entender por qué esta estrella tiene una composición tan extraña, antes tendremos que entender varios conceptos.

En primer lugar, la presencia de grandes cantidades de elementos radiactivos en la atmósfera de una estrella resulta llamativa porque los átomos de estos elementos son inestables. Dicho de otra manera: su núcleo no contiene suficientes neutrones como para contrarrestar la repulsión eléctrica que intenta separar sus protones, así que estos átomos tienden a ganar estabilidad expulsando algunas partículas de su núcleo o convirtiendo alguno de sus protones en un neutrón (o viceversa). Esas partículas que salen despedidas de los núcleos de los átomos inestables son lo que llamamos radiación nuclear y explico el fenómeno con más detalle en Respuestas Sorprendentes a Preguntas Cotidianas.

Pero, ojo, porque lo que determina que un átomo sea de un elemento o de otro es el número de protones que posee. Eso significa que, cuando un átomo radiactivo expulsa o transforma alguna de las partículas de su núcleo, el número de protones que contiene y el átomo en cuestión se convierte en otro elemento. Por ejemplo, cuando un átomo de carbono-14 (el elemento con 6 protones en su núcleo) transforma uno de sus neutrones en un protón para ganar estabilidad, se convierte en un átomo de nitrógeno-14 (el elemento con 7 protones).

¿Vas a tardar mucho en explicar lo de la estrella? Porque estoy por cerrar esta pestaña y abrir Youtube.

Un segundo, voz cursiva. Explico un concepto importante más y nos ponemos a ello.

El ritmo al que los átomos de un elemento radiactivo se transforman en otros elementos viene dado por su periodo de semidesintegración, una unidad refleja cuánto tiempo tarda la mitad de una muestra de un elemento radiactivo en convertirse en otro elemento.

Por ejemplo, imaginemos que tenemos 98 gramos de tecnecio-97, una de las «versiones» (o isótopos) más longevas de este elemento, con 43 protones y 54 neutrones en su núcleo. Los átomos de tecnecio-97 tienden a transformarse en molibdeno-97 con un periodo de semidesintegración de 4,2 millones de años. Por tanto, una vez transcurrido ese tiempo, la mitad de los átomos de nuestra muestra se habrán convertido en molibdeno. Tras otros 4,2 millones de años, la mitad de esa mitad habrán llevado a cabo la transformación… Y el bucle continuará hasta que el último átomo de tecnecio haya desaparecido, 331 800 000 años (o 79 ciclos) después.

Y he aquí el problema: la estrella de Przybylski se formó hace unos 57 millones de años, pero muchos de los elementos radiactivos que se han detectado en su atmósfera tienen periodos de semidesintegración de pocos siglos, décadas o incluso días. Eso significa que cualquier rastro de esos elementos tan inestables que se incorporaron a la estrella durante su formación debería haber desaparecido por completo durante los 57 millones de años que lleva existiendo, por lo que no deberíamos estar detectándolos hoy en día.

Ostras… ¿Y entonces de dónde han salido esos elementos radiactivos de la estrella de Prisblis… De esta estrella?

Buena pregunta, voz cursiva. Básicamente, hay dos opciones: que una fuente externa los haya «vertido» sobre la estrella en el pasado reciente o que ella misma los esté generando mediante algún proceso físico aún desconocido.

Respecto al primer escenario, en su momento se planteó que la estrella de Przybylski podría formar un sistema binario una estrella de neutrones cercana. Como la superficie de este tipo de objetos emite una corriente constante de partículas en todas las direcciones que contiene elementos pesados, ese «viento» cargado de átomos inestables estaría continuamente «contaminando» la atmósfera de la estrella de Przybylski con material radiactivo nuevo.

Esta hipótesis habría resuelto el misterio si no fuera porque… Bueno, porque no parece que existe una estrella de neutrones cerca de la estrella de Przybylski. Ante esta ausencia de una compañera estelar, alguna gente ha fantaseado con la idea de que una civilización extraterrestre esté vertiendo elementos radiactivos en la estrella de Przybylski para deshacerse de sus residuos nucleares o incluso para llamar la atención a otros organismos inteligentes lejanos. Pero, por supuesto, eso no es más que pura especulación.

Otra posibilidad más emocionante desde el punto de vista científico es que la estrella esté generando esos elementos radiactivos en su interior a un ritmo lo bastante alto como para compensar que sus átomos se están transformando en otros de manera constante. La única manera concebible de que esto ocurra es que la estrella de la estrella de Przybylski contenga elementos radiactivos con muchísimos protones en su núcleo que, además, tengan un periodo de semidesintegración lo bastante largo como para que no hayan desaparecido por completo de su atmósfera durante los 57 millones de años que lleva existiendo.

El problema en este caso es que ninguno de los elementos más pesados y radiactivos conocidos en la actualidad tiene periodos de semidesintegración tan largos. Esto abre las puertas a la posibilidad de que la estrella de Przybylski albergue elementos inestables que aún no se han descubierto y que están «más allá» de la tabla periódica actual.

Em… No sé si te sigo…

No te preocupes, voz cursiva, me explico.

En una entrada de hace unos años hablé sobre la posibilidad de que existieran infinitos elementos químicos sin descubrir. Y la respuesta era que no porque, en resumidas cuentas, lo que distingue un elemento químico de otro es el número de protones que sus átomos contienen en el núcleo. De hecho, si se lee la tabla periódica de izquierda a derecha y de arriba abajo, los elementos están ordenados en orden creciente según el número de protones que tienen en el núcleo hasta un máximo de 118 (el elemento con más protones conocido, el oganesón).

El problema es que, cuantos más protones contiene un núcleo atómico, más inestable se vuelve. Como resultado, los elementos que tienen más de 110 protones en su núcleo son tan inestables que sus átomos aguantan, como mucho, unos pocos milisegundos antes de expulsar alguna de sus partículas y transformarse en otros elementos. Este es el motivo por el que la única manera de observar estos elementos es producirlos de manera artificial en aceleradores de partículas… Y, aun así, los pocos átomos que se consiguen «desaparecen» en una fracción de segundo.

Sin embargo, se ha especulado que podrían existir núcleos atómicos con más de 118 protones que, con la cantidad justa de neutrones, serían más estables que los elementos que encontramos al final de la tabla periódica actual. Dicho de otra manera: podría existir una «isla de estabilidad» más allá de las combinaciones de protones y neutrones que tienen los elementos conocidos hoy en día.

El caso es que en esta «isla» hipotética podrían existir elementos aún desconocidos con periodos de semidesintegración de decenas de millones de años. Y si alguno de estos elementos súper pesados y relativamente estables estuviese presente en la estrella de Przybylski, sus átomos estarían perdiendo partículas y convirtiéndose en los elementos radiactivos conocidos más ligeros que se han observado en la atmósfera de este extraño astro (como el plutonio, el neptunio, etc.).

Qué curioso. ¿Y de dónde habría sacado la estrella los elementos de la isla de estabilidad?

No se sabe con certeza, voz cursiva. Una posibilidad es estos elementos desconocidos se formen a partir del material que sale despedido a gran velocidad cuando una estrella gigante revienta en forma de supernova. De ser así, es posible que el estallido de una supernova cercana hubiera la estrella de Przybylski con «metralla» rica en elementos de la isla de estabilidad.

Si esta hipótesis fuese correcta, tal vez entre los próximos elementos químicos que se descubran encontremos alguno que no se habrá sintetizado en un acelerador de partículas, sino que, en su lugar, se haya detectado en la atmósfera de una estrella exótica gracias a su patrón de colores característicos. Aun así, creo que conviene recalcar que esto es una hipótesis y que, como tal, podría ser invalidada a medida que descubramos más cosas sobre la curiosa estrella de Przybylski.