Gracias a la instalación STARDUST, un equipo de investigadores ha podido reproducir las condiciones atmosféricas de este tipo de estrellas en un laboratorio y comprender la función que desempeña el hidrógeno en la formación del polvo estelar en estos cuerpos celestes.
Un estudio liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas ha demostrado la función del hidrógeno en la formación del polvo cósmico de gigantes rojas, las estrellas de masa baja o intermedia al final de su vida. El trabajo, con importantes aplicaciones astrofísicas, se ha publicado en la revista Nature Astronomy.
Los resultados se han obtenido gracias a la máquina STARDUST, una instalación singular única en el mundo, diseñada para producir análogos de polvo cósmico en condiciones controladas.
“El polvo cósmico es uno de los ingredientes fundamentales del universo”, explica José Ángel Martín-Gago, director del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y uno de los investigadores principales del estudio.
Aunque a priori pueda parecer un componente menor, “estas diminutas partículas sólidas desempeñan un papel crucial en la evolución de galaxias, en la formación de estrellas y planetas y en la química del medio interestelar”, añade Gonzalo Santoro, también autor principal del trabajo e investigador en el Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC).
Imágenes de microscopía electrónica de alta resolución mostrando nanoparticulas individuales de carburo de silicio. /CSIC.
Los investigadores explican que, pese a su relevancia, “el mecanismo atomístico en la nanoescala que conduce a la formación de estos granos sigue siendo, en gran medida, un problema abierto en astrofísica”.
Actualmente, se sabe que la mayor parte de este polvo cósmico se origina en las atmósferas de estrellas evolucionadas ricas en carbono, conocidas comúnmente como gigantes rojas. “En estos entornos se forman granos de polvo que, en el tipo de estrella que nosotros simulamos en el laboratorio, están compuestos principalmente por carbono amorfo y carburo de silicio”, agrega Santoro.
Para dar respuesta al enigma, este estudio ha propuesto un interesante enfoque que combina astroquímica, espectroscopia, microscopía electrónica y modelización teórica.
Además, lo más interesante es que los experimentos se han realizado en las instalaciones del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, utilizando la máquina STARDUST, una instalación singular única en el mundo, diseñada para reproducir las condiciones de las atmósferas de las gigantes rojas en el laboratorio con un control sin precedentes.
De este modo, el estudio ha logrado reproducir en laboratorio algunas de las condiciones químicas presentes en las capas internas de las envolturas circunestelares de estrellas ricas en carbono.
“Hemos investigado la interacción entre carbono atómico, silicio atómico e hidrógeno molecular, tres de las especies más abundantes en estas estrellas”, continúa Martín-Gago.
Con la máquina STARDUST, el equipo de trabajo generó nanopartículas análogas a las que se forman en las primeras etapas del crecimiento del polvo en el espacio y, tras analizarlas con técnicas de microscopía electrónica y espectroscopia, pudieron observar la formación de nanopartículas de carburo de silicio parcialmente hidrogenado, junto con partículas de carbono amorfo e incluso silicio hidrogenado.
El resultado más relevante es que se ha demostrado la función hidrógeno como “promotor de la formación de granos de carburo de silicio” continúa Santoro. El estudio releva que cuando la densidad de hidrógeno molecular es alta, el carbono y el silicio interaccionan mucho más que cuando no existe este gas, ya que este inicia una cadena de reacciones químicas.
El trabajo también explica que la molécula de dicarburo de silicio (SiC2) –que se ha observado en gigantes rojas– es la molécula precursora del polvo cósmico de carburo de silicio, lo que hasta ahora solo era especulación, apuntan los investigadores.
José Ignacio Martínez, también del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid y participante en el trabajo, explica que en el estudio ha sido clave, además de los experimentos, la modelización teórica del proceso, al permitir entender el papel del hidrógeno.
Este resultado tiene importantes implicaciones astrofísicas, ya que observaciones astronómicas previas habían observado que esas moléculas de dicarburo de silicio disminuían conforme se formaban los granos de polvo. Ahora, este estudio sugiere una explicación: que esta molécula “se incorpora eficientemente al material sólido”.
Más allá del claro interés astrofísico, el equipo de STARDUST se muestra especialmente orgulloso: “El trabajo ilustra cómo la astroquímica de laboratorio permite conectar procesos nanoscópicos con fenómenos cósmicos a gran escala”, celebra Martín-Gago.
“La eficiente combinación de experimentos controlados, técnicas avanzadas de caracterización y modelización teórica abre nuevas vías para comprender cómo se forman los granos de polvo que, millones de años después, acabarán formando parte de planetas, meteoritos o incluso de la materia que compone nuestro propio sistema solar”, concluyen los investigadores.
Referencia:
Tajuelo-Castilla, G.et al. The Significant Role of Hydrogen in the Formation of Silicon Carbide in Evolved Stars. Nature Astronomy 2026.
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