Estrellas de neutrones

Una vez descubiertos los neutrones en el año 1932, algunos astrofísicos se preguntaron si podrían existir estrellas formadas exclusivamente por tales partículas, los únicos constituyentes neutros del átomo. Las explosiones estelares -supernovas-, aunque raras, emiten radiación cuya intensidad iguala a la de toda una galaxia entera, que contiene cien mil millones de estrellas: la supernova -escribió Fritz Zwicky en el año 1934- “representa la transición de una estrella ordinaria a una estrella de neutrones”. La idea era tan revolucionaria que nadie lo creyó. Fijémonos en los tamaños para disculpar la incredulidad de físicos y astrónomos. El diámetro de una gigante roja es doscientas veces mayor que el Sol; el Sol es cien veces mayor que un enana blanca; la enana blanca supera setecientas veces el tamaño de una estrella de neutrones; pero el tamaño de la estrella de neutrones sólo es el triple que un agujero negro. En esa época, ya se había conmocionado la astronomía al comprobar que una estrella -enana blanca- con la masa del Sol podía tener un tamaño similar al terrestre, pero si se daba el enorme salto conceptual de aceptar la existencia de una estrella de neutrones, parecía muy probable, dada la proximidad de tamaños, que los agujeros negros pudiesen existir. Y si la existencia de una estrella de neutrones ya es difícil de creer; porque supone aceptar que una estrella con la misma masa que el Sol está concentrada en un esfera de diez ¡sólo diez! kilómetros de diámetro… qué decir de un agujero negro, que ni siquiera se sabía qué pudiera ser. Por estas razones los astrónomos se mostraron renuentes a aceptar la existencia de estrellas de neutrones hasta que se observara una. Y eso que los físicos teóricos habían predicho sus características: que la masa de las estrellas de neutrones debe estar comprendida entre una y dos décimas y dos y dos décimas de la masa del Sol; y que se forman a partir de la explosión supernova de estrellas cuya masa esta comprendida entre ocho y veinticinco veces la del Sol. Con estas magnitudes se concluye que la densidad de una estrella de neutrones es tal que una cucharadita de ella pesaría miles de millones de toneladas.
Sí, ya se han observado muchas; y se estima que existen entre cien millones y mil millones de estrellas de neutrones en la Vía Láctea; la mayoría -no todas- ya no emiten radiación detectable.

Virus en el origen de la vida

Dos y sólo dos clases de seres unicelulares existieron durante los primeros dos mil millones de años de existencia de la biosfera, las arqueas y las bacterias, que todavía perduran hoy en día. No por azar, sino por parentesco evolutivo, nuestras células reunen características comunes a ambas: todo lo que tiene que ver con la información genética es arqueano (replicación del ADN, su empaquetamiento, transcripción y traducción), mientras que la membrana, el metabolismo básico y la fábrica de energía es bacteriano. LUCA, la primera célula terrestre, se supone antecesora de ambas; y antes de LUCA ¿qué? Es muy probable, que existiese un mundo de virus; pero no virus parásitos obligatorios tal como los conocemos hoy, sino entidades genéticas independientes que construyeron el puente hacia la vida celular. Si nos atenemos a la teoría vírica clásica nos enfrentamos a una paradoja: si los virus necesitan células para replicarse, ¿cómo pudieron existir antes que las células? La teoría moderna sugiere que los virus no empezaron como parásitos de células, sino como compañeros de evolución. En la sopa primordial, no había una distinción entre huéspedes y virus; todos eran replicadores compitiendo en un mismo entorno. Los virus actuales serían los descendientes de quienes siguieron siendo pequeños y móviles en lugar de convertirse en células grandes y complejas. Eugene Koonin propone que antes de que existiera LUCA, existía un mundo de virus previo; en tal escenario, el mundo no estaba poblado por células con membranas, sino por elementos genéticos autorreplicantes (pre-virus); elementos que intercambiaban información constantemente, funcionando como un laboratorio de innovación genética. ¿Qué argumentos alega el investigador? Enzimas celulares relacionados con el ADN (polimerasas) parecen tener un origen viral; es posible que los virus primordiales de ARN inventaran el ADN para proteger su información de otros replicadores pues un virus es esencialmente información genética protegida; el genoma de LUCA ya era complejo -contenía cientos de genes- para que algo tan complicado como la conversión de ARN en ADN surgiera, debió haber un proceso previo de selección natural intensa, y los virus son los motores de evolución más rápidos que existen; el ADN, entonces, no es un invento de las células, sino una tecnología de camuflaje viral que las células, comprobada su utilidad,  adoptaron. En conclusión, no sólo elementos de bacterias y arqueas sobreviven en nosotros, incluso el ADN de todas nuestras células probablemente desciende de algún virus primordial.

Astros que emiten rayos X

 
Ni los rayos infrarrojos, ni la radiación ultravioleta, ni los rayos X, ni los rayos gamma atraviesan la atmósfera sólo la luz visible, las ondas de radio y las microondas lo hacen. Por eso, en un principio, los astrónomos sólo hallaron en el cielo los objetos visibles, ya a simple vista, ya con los telescopios -las galaxias y estrellas-; a continuación, detectaron los objetos emisores de ondas de radio, las galaxias y casi ninguna estrella, y digo casi porque alguna excepción hay; de las emisiones astronómicas de microondas sólo recordaré el eco del inicio del universo captado por los radiotelescopios, las microondas procedentes del Big-Bang. El sagaz lector apreciará, sin duda, la revolución astronómica que se produjo cuando vehículos espaciales, dotados con instrumentos de observación, sobrepasaron la atmósfera y pudieron detectar todo tipo de radiación electromagnética en el cielo.
Voy a detenerme en los rayos X astronómicos, tal vez por la familiaridad que tenemos con ellos: ¿a quién no le han hecho una radiografía?, o quizá porque fueron la primera radiación ionizante que conocimos: Wilhelm Conrad Röntgen los descubrió en el año 1895. Retomo el hilo del astronómico discurso. ¿Qué fuentes emisoras de rayos X detectan hoy los astrónomos? ¿Qué tipo de objeto astronómico emite tal radiación? Aunque los agujeros negros (supermasivos) que existen en el centro de una galaxia o los que se forman durante el colapso de una estrella (masivos) son los emisores de rayos X por excelencia, el universo tiene otras fuentes que los emiten; debido a temperaturas extremas o campos magnéticos excepcionalmente intensos. Tras la explosión supernova de una estrella, la onda de choque barre el gas circundante y lo calienta a millones de grados; tal fenómeno hace que el gas emita rayos X durante miles de años, como ha sucedido en la nebulosa del Cangrejo. Otra fuente de rayos X, que radia cien mil veces, o más, que el Sol, merece la pena reseñar: se trata de algunas estrellas apellidadas binarias, porque no son una, sino dos: una estrella normal con una compañera muy densa y pequeña (una estrella de neutrones o un agujero negro). La gravedad de la densa es tan enorme que succiona gas de la estrella normal, gas que gira a grandes velocidades en un disco (apellidado de acreción), se calienta por fricción a millones de grados, y emite rayos X antes de caer hacia el astro compacto.

Electricidad neuronal

Sabemos que nuestro cerebro nos diferencia del resto de los seres vivos de la biosfera; se trata de un órgano que contiene una red de ochenta y seis mil millones de neuronas, en el que cada una establece conexiones con entre mil y diez mil neuronas. La conexión, sin contacto físico, se establece porque una de las neuronas emite unas moléculas, que denominamos neurotransmisores, que captan los receptores de la otra. ¿Qué diferencia a una neurona de cualquier otra célula del cuerpo? Conduce la corriente eléctrica. Tal vez el curioso lector se pregunte cómo lo hace.
Recordemos que tanto un metal como el agua salada son conductores de la electricidad, aquél mediante electrones, ésta mediante átomos cargados, que llamamos iones; las neuronas usan el segundo mecanismo; y emplean tres clases de iones positivos diferentes -sodio, potasio y calcio- para ejecutar su cometido. Antes de continuar, aclaremos que hasta el setenta por ciento de energía que consume una neurona nuestra cualquiera se emplea en mantener activa una proteína situada en su membrana externa, la bomba de sodio potasio, que expulsa tres iones sodio hacia afuera de la célula por cada dos iones potasio que introduce; en la membrana neuronal también hay unas proteínas que son canales de fuga -agujeros- de iones potasio, siempre abiertos. Ambos dispositivos generan un potencial eléctrico negativo -sesenta milivoltios- dentro de las células. Además, en la membrana neuronal hay tres canales iónicos -de sodio, potasio y calcio-, tres compuertas proteicas que se abren o cierran, reguladas por el voltaje. 
Se inicia un impulso nervioso, cuando el potencial eléctrico de la membrana neuronal se vuelve menos negativo, se abre entonces el canal de sodio, entran iones sodio positivos en la célula, cuyo interior se vuelve positivo; inmediatamente se abre el canal de potasio, salen iones potasio positivos, y se recupera la negatividad inicial; ambos flujos iónicos constituyen la señal eléctrica que recorre la neurona hasta su terminal; ahí, la señal eléctrica abre un canal de calcio, calcio que, al entrar en la neurona, impulsa la liberación de las moléculas neurotransmisoras. Una vez fuera, los neurotransmisores recorren la ínfima distancia que separa una neurona de la otra. Al llegar a la segunda neurona se unen a una proteína receptora, otro canal iónico que, al contacto con el neurotransmisor, se abre, entran iones positivos que vuelven menos negativa a la neurona y se inicia un nuevo impulso nervioso.

Agujeros negros galácticos

Las grandes galaxias que existen en el universo, cada una compuesta por cientos de miles de millones de estrellas, se encuentran dispersas por el vacío, como islotes en el océano Pacífico… no estacionarios, porque el espacio entre las galaxias se expande y, por tanto, las galaxias se separan.
Una piedra que cae en la Tierra adquiere energía debido a la gravedad, energía que se convierte en movimiento y después en calor, debido a los choques entre los átomos de la piedra y del suelo que provocan un diminuto aumento de temperatura. En resumen, la energía gravitatoria de la piedra se ha transformado en energía cinética y ésta en calor. En el espacio, cuando una enorme nube de gas se contrae para formar una galaxia, sucede lo mismo, a escala mucho mayor. Llamamos cuásar al centro brillante de una galaxia, muy distante, a miles de millones de años luz, que emite mucha más radiación que una galaxia ordinaria como la nuestra (la multiplica por más de cien); y toda esa energía proviene de una región cuyo tamaño es menor que el sistema solar; o sea, dos cienmilésimas del tamaño de la Vía Láctea.
    Sí, igual que las estrellas explotan, ahí están las supernovas para testificarlo, también el centro de las galaxias explota. Aseguramos que los centros de las grandes galaxias son gigantescas centrales energéticas. Se forman por el colapso de una nube de gas cuya masa supera la de cien millones de soles; su centro -un agujero negro-, rodeado por un disco de gas (disco de acreción), engulle materia. En cada bocado que traga -equivalente a la masa de varios soles- convierte parte de la energía gravitatoria en movimiento del gas que, por fricción, calienta el material circundante; y emite un chorro de radiación a lo largo de los polos. En pocas palabras, el agujero negro transforma energía gravitatoria en radiación. Si bien casi todas las grandes galaxias, aproximadamente dos billones en el universo visible, tienen un agujero negro central, no todas muestran la misma actividad energética en su centro. La diferencia entre la violencia que muestran los cuásares y la tranquilidad de la nuestra se debe a que el agujero negro de la Vía Láctea -su masa asciende a cuatro millones de soles- ya ha engullido todo el material circundante y no le queda gas con que alimentarse. ¡Qué le vamos a hacer!