En busca del polvo cósmico

Suele decirse que estamos hechos de polvo de estrellas. Es una afirmación muy poética, pero también bastante ajustada a la realidad. Si en el Universo primigenio se formaron los átomos más ligeros, como el hidrógeno y el helio; fue en el horno termonuclear del interior de las estrellas, o en las explosiones de las supernovas, donde se crearon otros átomos más pesados que forman parte de nuestro mundo: el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el hierro, etc. Así que las partes constituyentes de nuestro cuerpo y nuestro planeta provienen de las estrellas, como si fuéramos alienígenas y terrícolas al mismo tiempo.

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Aunque el cielo parezca inmutable, como le parecía a Aristóteles, lo cierto es que las estrellas nacen y mueren, como los humanos, y algunas de ellas, en sus fases terminales, adoptan la forma de gigantes rojas. En las cercanías de estas estrellas los átomos creados en el interior comienzan a formar nuevas moléculas. A simular estos procesos se dedica la máquina Stardust, en un laboratorio del Instituto de Ciencias de los Materiales de Madrid (ICMM) dependiente de Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

“Queremos entender cómo se van ensamblando los átomos para crear la gran diversidad de moléculas que forman nuestro mundo”, explica el físico (y escritor de ciencia ficción) José Ángel Martín Gago. Para ello han diseñado y construido una imponente máquina que viene a simular en una habitación lo que ocurre en un enorme espacio de dos a cinco veces el radio de la estrella (el radio típico de una gigante roja es de unos 100 millones de kilómetros). Dentro de este aparato lleno de cables, piezas, tuercas, tubos y botones, que ronronea monocorde y que no tiene ningún sentido para el profano, se recrean las condiciones de presión y temperatura que se dan en aquellos confines cósmicos.

“Todo lo que pasa en esa zona del espacio, lo recreamos aquí dentro, siguiendo la información que nos dan los astrónomos”, explica Martín Gago, que ha ideado el proyecto junto con el astrónomo José Cernicharo y la astrofísica Christine Joblin, dentro del proyecto Nanocosmos. “Esta máquina es como el sol muriendo”, añade, porque el sol acabará, precisamente, hinchándose en una gigante roja. El proyecto consiguió financiación de una las convocatorias más importantes de la Unión Europea llamada ERC-Synergy.

Ahora, con la Covid-19, estamos trabajando en generar nanopartículas para recubrir mascarillas y objetos y así desactivar a los virus por contacto

José Ángel Martín Gago, físico

Uno de los retos más importantes en un artilugio como este es conseguir las condiciones de ultra alto vacío (UHV) que se dan en el espacio interplanetario: en un centímetro cúbico solo hay unos mil átomos. Mucha nada y poco algo. Decían también los aristotélicos que “la naturaleza aborrece el vacío”, de modo que aquí tienen que utilizar complejos sistemas de bombeo y trampas químicas (que atrapan a las moléculas) para conseguir vaciar la máquina Stardust en la medida necesaria. Algunas zonas del aparato están recubiertas de fragmentos de vulgar papel de aluminio, como el que se utiliza para envolver bocatas de calamares, que ayudan a calentar la máquina a más de 100 grados para que se evaporen las pátinas de líquido que puede haber en el interior. El aluminio le da a la máquina un aspecto aún más marciano.

Luego insertan diferentes sustancias gaseosas, a diferentes condiciones de velocidad y temperatura, y al final observan cómo comienzan a interaccionar y a formar moléculas. Voilà: es el buscado polvo de estrellas. En el proceso, la temperatura puede llegar a los 15 grados Kelvin, es decir, unos 258 grados centígrados bajo cero. Se forman hielos y son irradiados con diferentes tipos de radiación, como ocurre en el Cosmos, a ver qué química se produce. Han encontrado que se forman sobre todo polímeros, es decir, estructuras lineales en torno a átomos de carbono. La idea es que, a partir de este experimento, algunos astrónomos se pongan a buscar ahí fuera las especies químicas que se cocinan aquí dentro.

Algunas de las nanopartículas que se obtienen en esta máquina, además, pueden ser útiles para combatir ciertos virus y bacterias. “Ahora, con la Covid-19, estamos trabajando en generar nanopartículas para recubrir mascarillas y objetos y así desactivar a los virus por contacto”, expone el físico. Basta con cambiar los materiales que se utilizan como partida, si son más ligeros (carbono, hidrógeno, silicio, para obtener polvo cósmico) o más pesados (para la nanotecnología).

El proyecto consiguió financiación de una las convocatorias más importantes de la Unión Europea llamada ERC-Synergy

En el laboratorio hay otras máquinas ronroneantes que manejan otros investigadores. Son diferentes tipos de microscopios electrónicos de efecto túnel, tan potentes que pueden llegar a ver átomos y moléculas individuales. “Aquí estudiamos la piel de los materiales, cómo se relacionan los materiales con el mundo a través de sus últimas capas”, dice Martín Gago. También estudian la formación de nuevos materiales, como el grafeno, una lámina bidimensional de grafito muy apreciada por sus extraordinarias propiedades de dureza, flexibilidad o conductividad térmica y eléctrica. En las pantallas de los ordenadores (no se mira por oculares como en los microscopios ópticos) aparecen amontonados los átomos de superficies de oro como si fueran huevos en una huevera.

Eso que se ve ahí, esas bolas doradas, son los constituyentes más básicos de la materia (por encima de las partículas subatómicas). Con ciertas técnicas avanzadas incluso se ha llegado a mover átomos individuales, como si Dios existiese y jugase a Lego. Para entender el universo a gran escala muchas veces hay que mirar en lo más pequeño. Y como dijo el físico Richard Feynman, “hay mucho espacio ahí al fondo”.