Bariones: como el ciclo del agua, pero en las galaxias

Una de las clases que recuerdo con mayor claridad de mis años de enseñanza básica, fue cuando nos enseñaron acerca del ciclo del agua. Puede haber sido por lo visual de la explicación, con vapor de agua formando nubes, nubes produciendo lluvia y nieve en su camino a la montaña, agua bajando de las montañas a través de ríos, y finalmente ríos alimentando de vuelta al mar. Había algo hermoso acerca de esta conexión entre tantos elementos que me quedó muy grabada. 30 años después, y ya como un astrónomo intentando entender cómo se formaron las galaxias, soy testigo de un nuevo ciclo, pero esta vez, en escalas de tiempo y distancia miles de millones de veces más grande.

Los bariones son una familia de partículas subatómicas a la cual pertenecen los protones y neutrones, y por lo tanto, componen la mayoría de la masa de la materia visible en el Universo. Engañados por las apariencias —dado que estamos rodeados y hechos de bariones— podríamos pensar que el Universo, y sus galaxias, siguen la misma regla. Sin embargo, la evidencia observacional más reciente apunta que nosotros, los bariones, somos minoría, dado que vivimos en un Universo dominado por la energía oscura (68%) y la materia oscura (27%). Esta última juega un rol clave en la formación y crecimiento de las galaxias, ofreciendo en halos y filamentos que los conectan (muy parecido en apariencia a una red neuronal) el sustento gravitacional para que los bariones se concentren, interactúen, y últimamente formen estrellas y galaxias. Como en la mayoría de los ejemplos que podemos encontrar en la naturaleza, este proceso de nacimiento galáctico es complejo, violento y hermoso. Para ilustrarlo, me gustaría seguir el camino de un átomo, de la misma forma que podríamos seguir una gota en el ciclo del agua.

Partamos con un átomo que forma parte de una nube molecular. Esta nube, con una masa aproximadamente de 10,000 masas solares y temperatura muy fría (unos 10 K, o -263 Celsius), eventualmente colapsará bajo su propio peso para formar un cúmulo de estrellas. El átomo formará ahora parte de una estrella masiva (digamos 10 veces la masa del Sol), y durante su evolución, la estrella se encargará de procesar átomos simples, como hidrógeno, en otros más complejos como oxígeno, carbono, nitrógeno y hierro. Sin embargo, las estrellas masivas viven vidas cortas, y eventualmente después de algunos millones de años, explotarán como supernova.

Nuestro átomo entonces se encontrará viajando a una velocidad supersónica por el medio interestelar, con un destino que puede significar su exilio del disco galáctico. De ser el caso, nuestro átomo tendrá por residencia el difuso halo de gas y polvo que envuelve el disco, conocido como medio circumgaláctico. En este lugar nuestro barión navegará errante por miles de millones de años, hasta que escuche nuevamente el llamado gravitacional del plano de la galaxia, y retorne entonces a formar una nueva nube molecular. Con el tiempo, esta nube colapsará y dará lugar a una nueva generación de estrellas, y de planetas alrededor de estas, donde quizás nuestro átomo encontrará un hogar temporal en un teclado de computador como el que uso para escribir esta columna. Se habrá entonces completado un ciclo, un ciclo de bariones en nuestra galaxia. Este es, de hecho, el nombre del grupo de investigación conjunta que lidero entre la Universidad de Concepción y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania, que busca entender cómo el ciclo bariónico esculpe las galaxias.

Espero que después de la descripción del ciclo bariónico nadie quede indiferente a este dato: los bariones que me componen a mí, a ti, y las cosas que nuestros ojos pueden ver, lo más probable es que en el pasado hayan completado al menos un ciclo bariónico, recorriendo por miles de millones de años los extremos más recónditos de nuestra galaxia. Es tan interesante reflexionar, que aquello de lo que estamos hechos, tiene una historia de conexión directa y milenaria no solo con la Tierra, sino también con la inconmensurable galaxia en la que habitamos. Si tan sólo los bariones de las paredes pudieran hablar, probablemente no tendría trabajo.