Reproducción artística de un átomo. Foto: Antonio Heredia

El Universo está formado por elementos físico-químicos y radiaciones. José Manuel Sánchez Ron dedica su artículo semanal "a esos agregados de partículas 'elementales' llamados átomos, constituidos por núcleos que albergan a protones y neutrones, rodeados de electrones".

El Universo, es decir todo, está formado por elementos físico-químicos y radiaciones. Hoy me referiré únicamente a los primeros, a esos agregados de partículas "elementales" llamados átomos, constituidos por núcleos que albergan a protones y neutrones, rodeados de electrones. La historia de cómo se generaron partículas y átomos es fascinante. Junto con el gran estallido, el Big Bang, que dio origen al Universo hace aproximadamente 13.800 millones de años, se formó, pocos milisegundos después y nutrida por el torrente energético producido, una sopa de quarks, de la que, a su vez, surgieron protones y neutrones. Los electrones -la otra partícula elemental básica en la formación de átomos- surgieron también en los primeros instantes de existencia del Universo: los fotones que constituían la "luz-energía primigenia" eran lo suficientemente energéticos como para que se produjesen pares electrón-positrón. La vida de estos pares "partícula-antipartícula" era efímera porque se aniquilaban rápidamente para convertirse de nuevo en radiación, pero por razones todavía no bien conocidas, se generaron o sobrevivieron más electrones que positrones (afortunadamente, existe más materia que antimateria).

Más tarde, y en proporciones diferentes, se formaron los cinco elementos más ligeros que existen en la Naturaleza: hidrógeno, helio, litio, berilio y boro (el hidrógeno y el helio constituyen, aproximadamente, el 74 y el 24 por ciento de la materia conocida del Universo). Aquel proceso de nucleosíntesis primordial terminó 20 minutos después del gran estallido, antes de que se produjese una cantidad significativa de carbono, el sexto elemento más ligero, ya que éste exige una abundancia de helio mayor de la que existía por entonces. En cuanto a los restantes elementos que existen en el Universo, se formaron en "cocinas" estelares, en el interior de algunas estrellas, en las que las presiones eran tan elevadas como para que átomos de hidrógeno y helio se fundieran entre sí dando origen a otros elementos más pesados, y así sucesivamente hasta el hierro. La dinámica de esta nueva nucleosíntesis -ahora estelar- tardó en ser comprendida, destacando a este respecto los artículos que firmaron en 1948 George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman, y en 1957 Margaret y Geoffrey Burbidge, William Fowler, Fred Hoyle y Robert Wagoner.

Provistos de un nutrido conjunto de datos de reacciones nucleares explicaron cómo se sintetizaron tales elementos en las estrellas, a la vez que resolvieron problemas no triviales del tipo de por qué en el universo el litio constituye una pequeña fracción (10-8) de la masa correspondiente al hidrógeno y al helio, mientras que el total de los restantes elementos representa un mero 10-11. Semejante logro, en el que, como siempre ocurre en ciencia, aún quedan lagunas por rellenar, ha sido uno de los grandes éxitos de la física nuclear. No es extraño, por consiguiente, que el Premio Nobel de Física de 1983 lo recibiese William Fowler, "por sus estudios teóricos y experimentales sobre las reacciones nucleares de importancia en la formación de los elementos químicos del Universo", compartido con Subrahmanyan Chandrasekhar, "por sus estudios teóricos sobre los procesos físicos de importancia en la estructura y evolución de las estrellas". Lo que sí sorprende es que el Comité Nobel dejase de lado a Fred Hoyle, que lideró junto a Fowler los trabajos sobre nucleosíntesis estelar. De Hoyle, un personaje extraordinario, hablaré en otra ocasión. Lo merece.

Nada en el Universo es inmutable y eterno y, al igual que sucede con nosotros, contingentes seres humanos, las estrellas también cambian: nacen, se desarrollan y mueren. Un buen ejemplo en este sentido es la de las denominadas "supernovas", estrellas tan masivas que no es posible que se detenga el proceso de contracción gravitacional que tiene lugar en su interior, produciéndose así una violenta explosión, en la que se difunden por el espacio los elementos pesados fabricados su interior mediante nucleosíntesis estelar. Además de expulsar los elementos que la estrella acumula en su interior (salvo una parte que retiene convertidos en objetos muy peculiares, como estrellas de neutrones), en esos estallidos se sintetizan elementos más pesados que el hierro, como el cobre, cinc, rubidio, plata, osmio, uranio, y así hasta una parte importante de los elementos químicos que existen.

Esas dispersiones cósmicas son las que han dado origen, mediante procesos de agregación gravitacional, a otros cuerpos celestes, entre ellos a planetas como el nuestro, la Tierra. Y, obviamente, a todo lo que estos contienen, incluyendo la vida que puedan albergar. Los humanos somos polvo de estrellas. En un sentido nada metafórico, todos, usted que lee estas líneas y yo que las escribo, hemos estado en el interior de una estrella y hemos realizado un largo -en el espacio y en el tiempo- viaje por el cosmos. Es algo que impresiona. Nuestros cuerpos están formados por unos 60 elementos químicos diferentes, pero son cuatro, hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno, los que aparecen en mayor proporción (constituyen en torno al 96 por ciento de nuestros organismos; les siguen en abundancia -menos del 0,5 por ciento- calcio, fosforo, azufre, potasio y cloro).

La combinación de hidrógeno y oxígeno, en la forma de dos átomos de hidrógeno por uno de oxígeno, esto es, agua, es la que predomina en nuestro organismo: si nos "exprimieran", como si fuésemos una naranja, entre el 75 y el 65 por ciento de lo que se obtendría sería agua. En esto no nos diferenciamos mucho de la superficie de la Tierra, cubierta como está en sus tres cuartas partes por agua (por el contrario, en la corteza terrestre los elementos que más abundan son oxígeno, silicio, aluminio y hierro). Y no olvidemos, por cierto, que fue en los océanos primitivos donde surgió la vida. Durante los aproximadamente 3.600 millones de años de la historia de la vida terrestre (se estima que la Tierra tiene 4.500 años de antigüedad), todos los seres vivos se encontraban en los océanos. Solamente hace entre 500 y 440 millones de años comenzaron algunos organismos a colonizar la tierra, primero plantas sencillas, luego más complejas, y más tarde anfibios y reptiles.

Y si hablamos de vida, ¿cómo se puede caracterizar? Una definición que me gusta es: "Actividad de organismos que contienen información hereditaria reproducible y que son capaces de metabolizar sustancias (alimentarse)". Es bien sabido que la "información hereditaria" que apareció en la Tierra es la de una macromolécula, el ácido desoxirribonucleico (ADN), constituido por agrupaciones específicas de cinco elementos químicos: hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno y fósforo. A veces pienso que es posible que existan otras combinaciones químicas que den lugar a formas diferentes de vida, en la que los elementos no sean éstos; combinaciones que tal vez existan en otros planetas y que, ¿por qué no?, se puedan descubrir y reproducir en un laboratorio terrestre. Y no estoy pensando en robots inteligentes.

Como decía al principio, la Naturaleza y todo lo que ésta contiene no son sino asociaciones de átomos. Desde su primer instante, el del Big Bang, la historia del Universo va ligada a la de los elementos químicos. Pero, ¿cuántos hay? Hasta el momento he mencionado 20, pero existen muchos más. Del número -que acaba de aumentar- de esos elementos químicos y de cómo se ordenan, es decir, de la tabla periódica de los elementos, me ocuparé la semana que viene.