Máquina española que fabrica polvo de estrellas

Simulan en un laboratorio de Madrid las condiciones físicas que se dan en la atmósfera una gigante roja.

Máquina "Stardust"

Estamos en el laboratorio del Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM) y la máquina se llama Stardust porque con las nanopartículas que genera se intenta reproducir la formación del os granos de polvo estelar.

Se trata de la máquina principal de las tres que están siendo construidas para el proyecto Nanocosmos, ideado y liderado por investigadores españoles. «Queremos comprender cómo se forman los granos de polvo a partir de los elementos que existen en las atmósferas de las estrellas gigantes rojas, como hierro, silicio, carbono y titanio, para ver cuáles son los procesos que les ocurren a los granos desde que se originan hasta que son eyectados al medio interestelar», explica José Cernicharo, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC).

La máquina mide seis metros de longitud y un metro y medio de ancho. Unas marcas en el suelo muestran la parte que queda por construir, y que la prolongará hasta los ocho metros. Está fabricada en acero y algunos componentes están recubiertos por papel de aluminio, como el que se utiliza en la cocina. Una maraña de cables y tubos conectan distintas partes de la máquina, en cuyo interior se pueden alcanzar temperaturas que oscilan entre los -260ºC y los 2.000ºC. En ella, los científicos introducen gases y tabletas de elementos y diversos gases para reproducir las condiciones físicas que se dan en la atmósfera de una estrella.

«La idea de construir una máquina así surgió de las interacciones entre el mundo de la astrofísica y de la física de materiales. Hablando entre nosotros, nos dimos cuenta de que tenemos una tecnología y técnicas para ayudar a los astrofísicos a resolver sus problemas. A veces se han adaptado máquinas pero la ventaja de ésta es que se ha diseñado para ello desde el principio», explica José Ángel Martín Gago, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM). Algunas piezas de la máquina son comerciales y otras las han diseñado ellos y las han fabricado en un taller.

la Nebulosa de la Hélice o NGC 7293, a 680 años luz, formada por una estrella parecida al Sol en sus últimas etapas de su vida NASA

Gigantes rojas

«Una estrella es un objeto con un reactor nuclear en el centro. Eso no lo vamos a hacer. Lo que vamos a reproducir son las condiciones físicas que hay en la parte más externa de una gigante roja, en la fotoesfera», aclara. La vida de una estrella, explica, depende de su masa. «Todas las estrellas como el Sol van a terminar siendo gigantes rojas. Si la masa es muy grande, el tiempo de vida es muy corto porque va a evolucionar muy rápidamente y tiene que consumir muchísimo oxígeno, muchísimo combustible nuclear, para compensar su gravedad».

Así, el Sol se formó hace 4.500 millones de años y le quedan entre 2.500 y 3.000 millones de años para consumir todo su combustible y pasar a su siguiente fase. «Cuando ya no queda hidrógeno, la estrella colapsa. La temperatura aumenta muchísimo, el helio empieza a combustionar y eso libera muchísima energía. Al tener mucha más energía interna que gravitacional, la estrella se expande y se convierte en una gigante roja que va a vivir varios cientos de miles de años», señala el científico.

«Vamos a estudiar la gigante roja porque este tipo de estrellas, junto a las supernovas, son las principales productoras de granos de polvo en la galaxia. Una supernova es mucho más compleja de reproducir debido a la velocidad que alcanzan sus vientos. Pero también lo intentaremos próximamente. Además, la gigante roja es uno de los objetos en los que se produce mayor enriquecimiento de metales», señala Cernicharo.

José Cernicharo (i) y José Ángel Martín Gago, líderes de Nanocosmos-

Formación de planetas

Conocer el origen y las propiedades del polvo estelar es un aspecto que interesa mucho a los científicos, pues como resumía Carl Sagan, somos polvo de estrella. «Estos granos de polvo son los que, después de muchos millones de años de evolución en el medio interestelar, van a formar los futuros discos protoplanetarios. A partir de estos granos de polvo se formarán planetas tipo Tierra en otras estrellas, donde continuamente se está procesando el material eyectado por las gigantes rojas», dice Cernicharo.

"Tenemos tres máquinas (se llaman magnetrones), de modo que podemos mezclar átomos de distintas clases como ocurre en la fotoesfera de una estrella. Hacemos una especie de sopa mezclando carbono, hierro, silicio, titanio". Aunque completar la receta de esa sopa sería muy complicado, pues necesitarían un magnetrón por elemento, con esas tres máquinas pueden ir haciendo mezclas que producen una nube de metales de distintas clases. "Obtienes un gas en expansión que contiene moléculas. En la máquina simulamos ese proceso. Además de intentar crear los granos de polvo, vamos a hacer que interactúen en una cámara con otros gases".

Tableta de elementos

Los átomos los producen a partir de tabletas de elementos, por ejemplo, de cobre o de carburo de silicio, como los que muestran Jesús Sobrado, Gonzalo Santoro y Lidia Martínez, investigadores de Nanocosmos, para enseñar cómo y por dónde se introducen en la máquina.

"Cuando introducimos una tableta en la máquina lo que hacemos es erosionarla o pulverizarla en sus constituyentes más pequeños, que son los átomos. Esto ocurre también en la estrella, que también produce átomos. Lo hacemos aquí dentro, en el vacío, para que podamos controlarlos, no se peguen a y no se contaminen", explica Martín Gago mientras muestra el lugar de la máquina donde empieza el proceso.

"Esos átomos van a empezar a viajar, a moverse y a interaccionar unos con otros. Poco a poco van a unirse unos a otros y esas son las semillas del polvo cósmico. A lo largo de la máquina simulamos ese viaje que hacen las partículas desde que se forman cerca de la estrella hasta que se escapen en el espacio profundo", explica recorriendo los seis metros que ocupa esta gran mole de acero.

"Queremos además que esas partículas tengan exactamente las mismas propiedades físicas que hay en el espacio", dice Martín Gago. Para ello, además de simular el rango de temperaturas que hay en esas zonas del cosmos, otro componente acelera las partículas para simular la presión de radiación que viene de la estrella y que las empuja hacia fuera. En distintos puntos de la máquina introducen gases para que las partículas interaccionen con ellos y produzcan una nueva química. "Finalmente recogemos las partículas en otra parte para poder estudiar la composición de este símil de polvo cósmico. Y las podemos extraer para seguir analizándolas en otros laboratorios".

Fuente: EM-Ciencia