Sorprendentemente, no son ni el hidrógeno ni la molécula de hidrógeno.
En un Universo, 120.000 años después de su inicio, el único tipo de átomo que lo poblaba era el Helio, He. La molécula más sencilla que podemos imaginar es entonces HeH+, es decir, la unión de un átomo de He, y un núcleo de Hidrógeno, un protón
Xavier Giménez Font
Profesor de Química Ambiental, investigador y divulgador científico
Foto: Istock
La evolución cósmica desde el Big Bang hasta nuestros días explica lo que somos y de dónde venimos. La sopa primordial en el momento de la gran explosión, y su posterior cambio a medida que el Universo crece y se enfría, nos lleva desde las partículas más elementales, hasta la complejidad de la vida.
Por supuesto falta mucho por conocer. La materia oscura, por ejemplo, todavía es un puzzle del que sólo hemos colocado las primeras piezas. Y el origen molecular de la vida aún no se ha desentrañado, con el detalle necesario como para entender de forma robusta nuestros orígenes y evolución.
Incluso el conocimiento sobre cómo se formaron las primeras especies atómicas y moleculares ha costado lo suyo, como demuestra que sólo recientemente, en 2019, se han obtenido pruebas incontestables sobre la primera molécula que pobló el Universo.
¿Cuál fue el primer átomo?
Y encima, los resultados son sorprendentes. Parecería lógico que el elemento químico más abundante, el Hidrógeno, hubiese sido el primero en formarse. Pero no. Y también parecería lógico que la molécula de Hidrógeno, H2, la más abundante del Universo, hubiese sido la primera en formarse. Pero no. Ni uno, ni la otra. Sorpresa cósmica.
El primer átomo
Vayamos por partes. Si bien el Big Bang inicial produjo los núcleos de Hidrógeno que existen hoy en día, no podemos decir lo mismo del átomo de Hidrógeno. Efectivamente, el Gran Pum de hace 13787 millones de años, y también los hornos nucleares del interior de las estrellas, sintetizaron los núcleos de los átomos. Es decir, el core positivo formado por protones y neutrones, de los que el Hidrógeno tiene uno, el protón positivo, el Helio tiene dos protones y dos neutrones, el Litio tres protones y tres neutrones, y así sucesivamente.
Pero los átomos completos requieren de los electrones, también. El núcleo de Hidrógeno debe capturar un electrón, para convertirse en el átomo de Hidrógeno. El núcleo de Helio, dos electrones, el de Litio, tres, y así sucesivamente.
El problema es que esta captura no es tan sencilla. Así como la temperatura ha de ser de millones de grados, para unir protones entre sí, con la participación de neutrones, y formar por ello los diferentes núcleos, la captura de electrones requiere que la temperatura sea muchísimo más baja, de unos pocos miles de grados a lo sumo. Y ello significa, en términos de evolución cósmica, de tiempo. Puesto que el Universo se enfría a medida que transcurre el tiempo (y su volumen es mayor), se necesita que transcurra un lapso temporal suficiente, para que pueda ocurrir que los núcleos capturen electrones y se transformen en átomos.
Y aquí surge la primera transposición en el orden de los sucesos. El primer núcleo que captura electrones es el Helio, no el Hidrógeno. ¿Por qué? Porque el Helio puede hacerlo a mayores temperaturas, a unos cuatro mil grados, mientras que el Hidrógeno sólo puede hacerlo a unos tres mil grados. Puesto que más tiempo y menos temperatura van de la mano, en la evolución universal, el helio vence al hidrógeno en la carrera para atomizarse. En términos de tiempo, se considera que el Helio atómico empezó a formarse 120.000 años después del Big Bang, mientras que el Hidrógeno sólo pudo hacerlo 375.000 años después de la gran explosión.
La primera molécula, el Helonio
La formación del primer átomo determina entonces la formación de la primera molécula, puesto que una molécula es, por definición, una agrupación estable de átomos. En un Universo, 120.000 años después de su inicio, el único tipo de átomo que lo poblaba era el Helio, He. La molécula más sencilla que podemos imaginar es entonces HeH+, es decir, la unión de un átomo de He, y un núcleo de Hidrógeno, un protón, la única otra especie presente en ese momento en el Universo, susceptible de asociarse con el primer tipo de átomo recién formado.
La molécula HeH+, también conocida como Helonio, es rara, cierto. Aquellos que aún recuerden las primeras lecciones de química, sabrán que el helio atómico no tiene tendencia a formar compuestos, por ser el gas noble más sencillo de todos. Aun así, esta especie, el Helonio, se ha podido sintetizar en los laboratorios, a densidades muy bajas, puesto que se descompone con suma facilidad.
Pero las condiciones del Universo a los 120.000 años también eran raras, al no existir las concentraciones de materia que conforman los cuerpos celestes como las estrellas, y ya no digamos como nuestro planeta Tierra. Por tanto, podían existir entonces agrupaciones de átomos que descartaríamos en nuestro entorno terrestre, gracias a las bajas densidades.
La detección del Helonio en el espacio ha sido un verdadero Tour de Force. En Mayo de 2016, el recién ensamblado laboratorio Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA, en un avión Boeing Jumbo 747, pudo llevar a cabo la expedición científica. Volando a altitudes estratosféricas, y equipado con un dispositivo espectroscópico revolucionario, el German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies, GREAT, analizó la luz capturada proveniente de la nebulosa planetaria NGC 7027, con suficiente resolución como para detectar la débil señal debida al Helonio.
Nada sencilla, la empresa. Esta señal propia del Helonio se superpone a la de otra molécula, el metilidino, CH, que proporciona una señal mucho más potente. Por tanto, como dificultad añadida, los aparatos espectroscópicos tuvieron que ser suficientemente potentes para discriminar los dos casos. La confirmación positiva y el posterior análisis se publicó en la prestigiosa revista Nature, en Abril de 2019 (vol. 568, pág. 357).
Un esfuerzo enorme para detectar una rara especie, primera en la evolución Universal pero, por otro lado, muy poco relevante en nuestro mundo terrestre. ¿Qué nos enseña este resultado? Que las hipótesis sobre la Química primigenia son esencialmente correctas, hecho que nos da mayor seguridad para abordar las siguientes cuestiones candentes. Entre ellas, sobre todo, el origen molecular de la vida.
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