El universo está vacío

Las cosas más 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 intergaláctico, es tan fundamental que sin entenderlo no podríamos ni siquiera comenzar a describir el modo en que las galaxias forman estrellas o el universo se enriquece con elementos químicos.

Analicemos por un momento los ingredientes básicos del universo actual: 73% de energía oscura, 23% de materia oscura y solo un 4% en bariones (aquí incluimos también a los leptones cuyo miembro más famoso es el electrón). Los bariones son materia formada por neutrones y protones y representan la fracción más pequeña 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: ¿dónde están 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 astrofísicas no han dejado de crecer, solo encontramos en ellas una pequeña parte de la materia bariónica. Incluso ahora, 13.700 millones de años desde el principio, tenemos que más del 90% de la materia “normal” está en forma de gas frío, no se encuentra en estrellas o planetas. Aún las gigantescas galaxias solo ocupan una millonésima 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 bariónica la encontramos en forma de gas de baja densidad en el medio interestelar y, sobre todo, en el medio intergaláctico. Ese gas, que lo llena todo, es muy tenue por eso decimos que el universo es y está, en su mayor parte vacío, y de ahí el nombre de nuestro blog.

Los bariones son materia formada por neutrones y protones y representan la fracción más pequeña 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, ¿cómo vemos ese gas que llena los huecos entre estrellas y galaxias? Obviamente es muy difícil de detectar a no ser que esté en la proximidad de una fuente energética 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 cuásares, estallidos de rayos gamma (GRBs), estallidos rápidos de radio (FRBs) o incluso otras galaxias. Esta especie de faros astrofísicos nos permiten ver el gas que hay entre ellas y nosotros utilizando determinadas técnicas de espectroscopía a menudo en el rango ultravioleta y, por tanto, con instrumentos en observatorios en el espacio.

Pero lo más 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 más cercano, el material que hay entre las estrellas y que llamamos medio interestelar. Para entender qué ocurre a gran escala imaginemos que tenemos una botella como la de los náufragos, pero en este caso, en lugar de mensaje le colocamos dentro la materia característica del medio que va atravesando. Nuestra botella aquí en la Tierra tendría dentro mil quintillones de moléculas. Sin embargo, ahí fuera se vaciaría hasta solo contener, en las condiciones promedio, entre 1 y 1.000 átomos.

Lancemos ahora esa botella casi vacía al medio interestelar y sigámosle la pista a ver a donde llega nuestro mensaje. Lo primero que observamos es que no se quedaría quieta, sino que orbita en la galaxia, y que con el tiempo el gas en la botella se hace más o menos denso, se calienta y enfría. 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 lanzándola fuera incluso de la galaxia. Si se enfría 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 además un porcentaje mínimo, quizás tan bajo como un 1% del hidrógeno del universo ha estado alguna vez en una estrella.

Lo que le ocurre a nuestra botella si sale de la galaxia es que comenzaría a formar parte de lo que conocemos como medio intergaláctico, y entraría en un ciclo fundamental en astrofísica que conocemos como ciclo bariónico. Este ciclo bariónico 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 volúmenes de gas hidrógeno y elementos pesados. El gas del medio intergaláctico está continuamente cayendo en las galaxias, la nuestra incluida, debido a la gravedad. Ese gas se añade al medio interestelar que lo utiliza para formar estrellas. Cuando estas estrellas mueren, explotan y el efecto combinado de múltiples explosiones de supernova en la escala de toda una galaxia calienta y mezcla el gas expulsando parte del medio interestelar al medio intergaláctico. Ese mismo gas es el que puede volver a caer a la galaxia como una inmensa fuente cósmica. Sin esta reserva de hidrógeno neutro y molecular que constituye el medio intergaláctico las galaxias no podrían continuar formando estrellas. Este intercambio de material con el entorno a escala galáctica, el ciclo bariónico, permite entender la formación y evolución de galaxias y construir sucesivas generaciones de estrellas durante miles de millones de años.

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