El universo est¨¢ vac¨ªo

Las cosas m¨¢s importantes son, a menudo, las que no se ven, las que parecen insignificantes, como ese gas tenue que ocupa el espacio entre estrellas y galaxias y llena el todo con apenas nada. Ese material, que conocemos como medio interestelar e intergal¨¢ctico, es tan fundamental que sin entenderlo no podr¨ªamos ni siquiera comenzar a describir el modo en que las galaxias forman estrellas o el universo se enriquece con elementos qu¨ªmicos.

Analicemos por un momento los ingredientes b¨¢sicos del universo actual: 73% de energ¨ªa oscura, 23% de materia oscura y solo un 4% en bariones (aqu¨ª incluimos tambi¨¦n a los leptones cuyo miembro m¨¢s famoso es el electr¨®n). Los bariones son materia formada por neutrones y protones y representan la fracci¨®n m¨¢s peque?a de todo lo que hay, pero como es de lo que estamos hechos nosotros y la que mejor conocemos, a menudo la llamamos materia normal. Ahora lo que cabe preguntarse es: ?d¨®nde est¨¢n estos bariones en el conjunto de todo el universo?

Desde el comienzo, literal, de los tiempos los bariones han colapsado por efecto de la gravedad junto con la materia oscura para formar las grandes estructuras que observamos en el cosmos: planetas, estrellas, enanas marrones y galaxias. A pesar de que estas gigantescas edificaciones astrof¨ªsicas no han dejado de crecer, solo encontramos en ellas una peque?a parte de la materia bari¨®nica. Incluso ahora, 13.700 millones de a?os desde el principio, tenemos que m¨¢s del 90% de la materia ¡°normal¡± est¨¢ en forma de gas fr¨ªo, no se encuentra en estrellas o planetas. A¨²n las gigantescas galaxias solo ocupan una millon¨¦sima parte del volumen total del universo. Dicho de otro modo, solo un 0,4% del universo es materia trazable a partir de observaciones de la luz que emiten las galaxias y estrellas. El resto de la materia bari¨®nica la encontramos en forma de gas de baja densidad en el medio interestelar y, sobre todo, en el medio intergal¨¢ctico. Ese gas, que lo llena todo, es muy tenue por eso decimos que el universo es y est¨¢, en su mayor parte vac¨ªo, y de ah¨ª el nombre de nuestro blog.

Los bariones son materia formada por neutrones y protones y representan la fracci¨®n m¨¢s peque?a de todo lo que hay, pero como es de lo que estamos hechos nosotros y la que mejor conocemos, a menudo la llamamos materia normal

Pero, ?c¨®mo vemos ese gas que llena los huecos entre estrellas y galaxias? Obviamente es muy dif¨ªcil de detectar a no ser que est¨¦ en la proximidad de una fuente energ¨¦tica que excite el gas. Como este no es el caso la mayor parte de las veces tenemos que recurrir a fuentes brillantes que lo iluminan de fondo. Es como encender una linterna en una noche de niebla. Nuestras linternas son objetos brillantes y muy lejanos como cu¨¢sares, estallidos de rayos gamma (GRBs), estallidos r¨¢pidos de radio (FRBs) o incluso otras galaxias. Esta especie de faros astrof¨ªsicos nos permiten ver el gas que hay entre ellas y nosotros utilizando determinadas t¨¦cnicas de espectroscop¨ªa a menudo en el rango ultravioleta y, por tanto, con instrumentos en observatorios en el espacio.

Pero lo m¨¢s maravilloso es entender la importancia global que tiene este gas difuso que llena los recovecos de las cosas que brillan con luz. Empecemos por el m¨¢s cercano, el material que hay entre las estrellas y que llamamos medio interestelar. Para entender qu¨¦ ocurre a gran escala imaginemos que tenemos una botella como la de los n¨¢ufragos, pero en este caso, en lugar de mensaje le colocamos dentro la materia caracter¨ªstica del medio que va atravesando. Nuestra botella aqu¨ª en la Tierra tendr¨ªa dentro mil quintillones de mol¨¦culas. Sin embargo, ah¨ª fuera se vaciar¨ªa hasta solo contener, en las condiciones promedio, entre 1 y 1.000 ¨¢tomos.

Lancemos ahora esa botella casi vac¨ªa al medio interestelar y sig¨¢mosle la pista a ver a donde llega nuestro mensaje. Lo primero que observamos es que no se quedar¨ªa quieta, sino que orbita en la galaxia, y que con el tiempo el gas en la botella se hace m¨¢s o menos denso, se calienta y enfr¨ªa. Puede encontrarse cerca de una estrella caliente y ser ionizado, y puede que la estrella explote como una supernova calentando el gas de la botella a millones de grados y lanz¨¢ndola fuera incluso de la galaxia. Si se enfr¨ªa lo suficiente puede acabar en una nube molecular gigante, llenarse y llenarse de material y acabar formando parte de una estrella. Solo una tercera parte de la materia incorporada en estrellas vuelve al medio interestelar y adem¨¢s un porcentaje m¨ªnimo, quiz¨¢s tan bajo como un 1% del hidr¨®geno del universo ha estado alguna vez en una estrella.

Lo que le ocurre a nuestra botella si sale de la galaxia es que comenzar¨ªa a formar parte de lo que conocemos como medio intergal¨¢ctico, y entrar¨ªa en un ciclo fundamental en astrof¨ªsica que conocemos como ciclo bari¨®nico. Este ciclo bari¨®nico es el responsable de la diversidad de galaxias, con sus masas, formas y modos de hacer crecer estrellas que vemos en el universo.

Las galaxias por tanto son los recicladores definitivos: reutilizan continuamente inmensos vol¨²menes de gas hidr¨®geno y elementos pesados. El gas del medio intergal¨¢ctico est¨¢ continuamente cayendo en las galaxias, la nuestra incluida, debido a la gravedad. Ese gas se a?ade al medio interestelar que lo utiliza para formar estrellas. Cuando estas estrellas mueren, explotan y el efecto combinado de m¨²ltiples explosiones de supernova en la escala de toda una galaxia calienta y mezcla el gas expulsando parte del medio interestelar al medio intergal¨¢ctico. Ese mismo gas es el que puede volver a caer a la galaxia como una inmensa fuente c¨®smica. Sin esta reserva de hidr¨®geno neutro y molecular que constituye el medio intergal¨¢ctico las galaxias no podr¨ªan continuar formando estrellas. Este intercambio de material con el entorno a escala gal¨¢ctica, el ciclo bari¨®nico, permite entender la formaci¨®n y evoluci¨®n de galaxias y construir sucesivas generaciones de estrellas durante miles de millones de a?os.

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