Gigantescas nubes moleculares

Las estrellas que vieron los faraones, o Aristóteles, o El Cid no se hallaban donde las vemos ahora. Sí, el cielo ha cambiado a lo largo de los siglos, las estrellas no están fijas, se mueven, cambian de posición en el firmamento y ello es un motivo de asombro para muchos profanos lectores. Más les sorprenderá todavía si les cuento que a veces la luz de casi todas las estrellas, salvo las más próximas, desaparece. Sucede este fenómeno cuando el Sol atraviesa alguna de las gigantescas nubes moleculares de la Vía Láctea - ya lo hizo cinco veces en su historia y tardó dos largos millones de años en hacer el viaje-. Por cierto, ¿cree el aficionado lector que la mayor parte de la materia orgánica del universo reside en los planetas? Yerra. La materia indispensable para construir los seres vivos se halla en las gigantescas nubes moleculares de las galaxias. ¡Qué le vamos a hacer! Y ya que hemos comenzado a familiarizarnos con las gigantescas nubes de materia galácticas, clasificadas como nebulosas, nos queda algo por decir de ellas, quizá lo más importante: son los viveros de las estrellas.

Estas enormes nubes frías –decía-, formadas por gas y polvo, comienzan a encogerse debido a la atracción de su gravedad. Al disminuir su tamaño, la colosal nube se fragmenta; y cada fragmento se vuelve tan caliente y denso, que se inicia dentro de él una reacción nuclear. Cuando la temperatura alcanza diez millones de grados, se ha convertido en una estrella.

Aisladas de su entorno galáctico las nubes gaseosas gigantes colapsarían transformando su materia en estrellas en menos de diez millones de años. No ha sucedido así. Transcurridos diez mil millones de años desde el nacimiento de nuestra galaxia, pueden verse todavía muchas estrellas jóvenes emergiendo de las nubes de donde nacieron. ¿Por qué toda la materia no se ha transformado en estrellas? Inferimos que debe existir una compleja interacción entre las nubes y el entorno galáctico que regula el proceso de formación estelar. Las estrellas jóvenes proporcionan energía a las nebulosas, las estrellas masivas y viejas, al morir, explotan como supernovas que dejan cenizas de las que surgirán las futuras generaciones de estrellas.

Curioso lector cuando contemple el cielo de innumerables luces adornado sepa que, aunque la mayoría de las estrellas visibles en la noche se formaron hace más de mil millones de años, el proceso de creación de estrellas no ha cesado todavía. 

Celulosa y cambio climático

En la ciencia se producen a veces relaciones insospechadas. Compruébenlo. La celulosa constituye la mayor parte de la madera y casi todo el algodón; ubicada en las paredes de las células vegetales, fibrosa y resistente es la biomolécula más abundante de la biosfera. Por más que se trate de un polisacárido formado por muchas moléculas de glucosa unidas, los humanos no podemos alimentarnos de ella, aunque sí otros animales. Las termitas, insectos que viven en gigantescas colonias y que se asemejan superficialmente a las hormigas con las que no guardan parentesco evolutivo, la digieren. Lo hacen debido a un protozoo, la Trichonymfa, que se aloja en su intestino; este microorganismo contiene celulasa, la enzima capaz de romper la celulosa en sus componentes. Sí, las termitas comen leña; el lector que viva en casa de madera tiene motivos para preocuparse porque, aunque la mayor parte de estos insectos viven en climas tropicales o subtropicales, unas pocas especies habitan en climas templados.

El culto lector sabe que los rumiantes -bueyes, ovejas, cabras, antílopes y ciervos- se alimentan de hierbas. Pueden hacerlo porque en su aparato digestivo viven microbios que contienen la celulasa capaz de romper la celulosa en glucosa; esta dulce molécula fermenta y genera ácidos acético, propiónico y butírico que constituyen su fuente de energía; como subproductos desprenden dióxido de carbono y metano. ¿Metano? ¿El componente del gas natural? Por supuesto, las vacas eructan metano a una velocidad de ciento veinte litros cada hora. Y estos en apariencia intrascendentes eruptos generan un grave problema ambiental porque la cabaña de ganado bobino (entre los que se hallan los bueyes, bisontes, búfalos, cebúes y yaks) cuenta con mil trescientos millones de animales. ¡Haga operaciones el incrédulo lector! El efecto invernadero del metano es veintitrés veces superior al del dióxido de carbono, sin embargo, hay doscientas veinte veces menos en la atmósfera, por lo que su contribución es menor: sólo entre el tres y el cinco por ciento de los gases de efecto invernadero emitidos cada año. Y el veintiocho por ciento de la emisión de metano se debe a los rumiantes: una oveja produce ocho kilos anuales -equivale a conducir un automóvil mil kilómetros-, una vaca destinada a la producción de carne entre sesenta y setenta, las vacas lecheras ciento veinte. Sí, regular los eructos de las vacas influye en la tasa de emisión de metano a la atmósfera y reduce el riesgo del calentamiento global. ¡Quién se lo iba a imaginar!

Supernova

En 2016 vi un bellísimo vídeo de medio minuto de duración: los astrónomos habían filmado, con el telescopio espacial Kepler, el momento en que explota una estrella y produce una supernova. Se trataba de KSN 2011d, ubicada a mil doscientos millones de años luz, cuyo tamaño, unas quinientas veces más grande que nuestro Sol, es tan grande que la órbita de la Tierra encajaría dentro de esta colosal estrella.

Cuando una estrella de estas descomunales dimensiones envejece y agota su combustible, pasa por diversos estados antes de llegar a su estertor final. Una vez que todo el núcleo estelar se ha convertido en hierro, ya no puede desarrollar reacciones termonucleares para producir energía. En ese momento el peso de la estrella vence a la presión hacia afuera: el núcleo colapsa y se contrae tan rápido que deja un espacio casi vacío entre él y el resto de la estrella; deja entonces de sostener las capas que están encima y la envoltura cae sobre él. Se alcanza entonces una enorme densidad en el núcleo estelar, que obliga a los electrones a reaccionar con los protones de los núcleos atómicos para formar neutrones y neutrinos. La avalancha de neutrinos –una onda de choque- transporta gran cantidad de energía (diez mil septillones de julios); al expandirse con rapidez, se encuentra con las capas externas de la estrella a las que transfiere parte de su energía -un uno por ciento- en forma de energía cinética,  provocando la expulsión de materia y la explosión supernova. Otra parte de la energía de los neutrinos (un uno por ciento como máximo), cuando la onda de choque alcanza la superficie de la estrella, se convierte en fotones y causa el aumento de la luminosidad. Al residuo del núcleo estelar le espera un futuro distinto según cuál sea su tamaño: si es suficientemente pequeño -su masa se aproxima al doble de la del Sol- los neutrones frenarán el colapso; si es más grande, el núcleo estelar puede seguir contrayéndose hasta formar una singularidad cósmica; dicho con otras palabras, una estrella de neutrones y un agujero negro son los dos posibles cadáveres estelares en los que puede convertirse una estrella gigantesca.

Hay un epílogo optimista si existen nubes de gas y polvo cercanas: cuando el frente de onda de la explosión las alcanza, las comprime e inicia el proceso de formación de nuevas estrellas y planetas. ¡Maravilloso!, el óbito de unas estrellas provoca el nacimiento de otras.

Fermentaciones

            Las investigaciones de Louis Pasteur se cuentan entre las más beneficiosas para la humanidad: la disminución de la tasa de mortalidad y el aumento de la esperanza de vida contemporáneo tienen su raíz en la demostración del científico francés de que las enfermedades infecciosas se deben a gérmenes. Además, descubrió que los microbios efectúan la putrefacción, ideó la pasteurización –el lento calentamiento de un líquido para matar los microbios indeseables- e inventó la vacuna contra la rabia. Este químico singular comprobó que todas las fermentaciones las realizan microscópicos seres vivos. Pero, ¿qué son las fermentaciones? Las reacciones con oxígeno de los compuestos orgánicos quizá son las más importantes de la química; si se trata de oxidaciones completas tenemos combustiones, poco más debo añadir para resaltar su importancia; pero si la oxidación es incompleta obtenemos fermentaciones. Las fermentaciones son, entonces, reacciones en las que un azúcar o un compuesto similar proporcionan otro compuesto orgánico, frecuentemente un alcohol o un ácido, realizando el proceso en ausencia del oxígeno atmosférico.

      El erudito lector sabrá que el tanto el pan como la cerveza o el vino se obtienen de fermentaciones; pero probablemente ignore que las tres las efectúa un mismo microorganismo, la levadura común (Saccharomyces cerevisae) que fermenta carbohidratos para obtener alcohol etílico y dióxido de carbono. Cuando la glucosa que contiene el almidón del trigo fermenta, las burbujas del dióxido de carbono levantan el pan, y la mayoría del poco alcohol producido se evapora. El vino y la cerveza se obtienen cuando la glucosa y fructosa de la uva en un caso o la glucosa del almidón de la cebada en otro se transforman en alcohol. Añadiré que el vino puede avinagrarse por la acción de otros microorganismos; unas bacterias, las Acetobacter, que excepcionalmente operan en presencia de oxígeno, fermentan el alcohol etílico y lo convierten en ácido acético y por tanto transforman el vino en vinagre.

Existen otras fermentaciones. Las bacterias lácticas convierten la lactosa en ácido láctico y, por consiguiente, la leche en yogur o queso. Algo parecido hacen las células de nuestros músculos; si, debido a una intensa actividad física, no reciben una cantidad de oxígeno suficiente, también transforman la glucosa en ácido láctico. ¿Le desagrada al aseado lector el olor a pies, a sudor o a mantequilla rancia? Se debe al ácido butírico, el mismo que producen las bacterias Clostridium butyricum cuando fermentan la lactosa de la leche.

Quarks

Toda la materia del universo, las estrellas, los planetas, el polvo y gas que existe en el espacio, está hecha con los mismos elementos el electrón, un neutrino y los dos quarks más ligeros u y d. ¿Por qué pueden existir entonces seis quarks? ¿Por qué cuatro no están en el universo, ni se les espera? Nadie lo sabe. Los físicos han averiguado que toda la materia está hecha con átomos; los átomos contienen electrones y núcleos, éstos, neutrones y protones; y estas últimas partículas están constituidas por corpúsculos que llamamos quarks. Si el erudito lector, igual que el escritor, ha deducido, que todos los quarks son más ligeros que los átomos, habrá errado el quark t, el más pesado de todos, tiene tanta masa como un átomo de oro, uno de los átomos más pesados, y el oro, tiene la misma masa que ciento noventa y siete átomos de hidrógeno, el más ligero. ¿Por qué puede existir una partícula elemental tan pesada? Nadie lo sabe.

Como ya habrá advertido el sagaz lector he obviado hasta ahora una pregunta fundamental. ¿Cómo saben los físicos que existen partículas que no se encuentran en el universo? Que no existan, no quiere decir que no hayan existido en el pasado, ni que no se puedan crear en máquinas. Los cosmólogos suponen que, antes que transcurriese el primer segundo de su vida, en pleno Big-bang, el universo consistía en una sopa de quarks, electrones y neutrinos; además, por si cabía alguna duda, se molestaron en crear los cuatro quarks pesados en máquinas gigantescas y premiaron con el Nobel a quienes emprendieron y finalizaron tan ardua tarea.

Declaré en los párrafos anteriores que neutrones y protones están hechos con quarks; me faltaba añadir que cada partícula nuclear contiene tres y nada más que tres; y se trata de tríos inseparables; no sólo eso, nadie ha conseguido hallar en algún lugar del universo uno aislado, porque los quarks sólo pueden existir confinados dentro de una partícula, al menos eso creían los físicos… hasta hace poco. Porque ya han elaborado una nueva hipótesis: es posible que existan estrellas un poco más pequeñas y ligeramente más pesadas que las estrellas de neutrones, las estrellas de quarks, en ellas estas pequeñas partículas elementales estarían libres. A falta de confirmar la proposición, por lo menos ya se dispone de un candidato de enrevesado nombre RX J1856.5-3754 para tan exótico astro.