Investigan la composición química del Universo con emisiones lumínicas de los átomos
UNAM/DICYT El gas ionizado o plasma de objetos celestes como la Nebulosa de Saturno podría tener componentes aún no descritos, revela un estudio realizado por investigadores del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM. Interesados en la composición química del Universo, especialmente en los métodos para descifrarla, Michael G. Richer, Leonid Georgiev (ya fallecido) y Silvia Torres-Peimbert, astrofísicos del IA, junto con Anabel Arrieta, de la Universidad Iberoamericana, compararon el movimiento del plasma con la utilización de las emisiones lumínicas de los átomos derivadas de distintos procesos para investigar si surgen de la misma parte del objeto estudiado y encontraron un componente no esperado.
Los resultados, publicados en The Astrophysical Journal, se obtuvieron tras medir los componentes del plasma de un objeto celeste muy brillante, la Nebulosa de Saturno o NGC 7009 y sugieren la necesidad de realizar más análisis de este tipo en otros objetos para comprender la producción de átomos en el Universo, precisó Richer, jefe del Observatorio Astronómico Nacional y primer autor del estudio.
En el Universo cercano, aproximadamente 90 de cada 100 átomos son de hidrógeno; de los otros 10, entre ocho y nueve son de helio y el resto representa a todos los demás elementos conocidos. Si se considera su fracción de masa, el hidrógeno es de entre 73 y 74 por ciento de la misma; el helio el 25 por ciento y los demás menos del dos por ciento.
El oxígeno es el tercer elemento más abundante y hay aproximadamente un átomo de éste por cada dos mil de hidrógeno.
Durante la Gran Explosión (o Big Bang, que dio origen al Universo) y los tres minutos que siguieron, se formaron el hidrógeno y el helio, así como cantidades minúsculas de litio y berilio. Casi la totalidad de los otros elementos que conocemos se crearon en el interior de las estrellas –de ahí la frase “somos polvo de estrellas”–.
Dos métodos en busca de átomos pesados
Para conocer cuántos átomos más pesados que el hidrógeno y el helio hay en el Universo, los astrónomos miden el número de aquéllos a partir de la cantidad de luz que irradian. Los de oxígeno emiten luz de varias maneras: una, que produce luz intensa, se debe a choques entre ellos y los electrones.
“Con esa luz brillante podemos medir la abundancia del oxígeno con nuestros telescopios e instrumentos a través de todo el Universo. Los resultados con este método señalan que el oxígeno representa, en promedio, un poco menos que el uno por ciento de la masa del Universo”, detalló Richer.
Otra forma de medir es mediante luz muy débil, que se emite si átomos ionizados se combinan con un electrón para producir un átomo eléctricamente menos cargado. “Si calculamos la composición química con el uso de esta luz siempre encontramos que la cantidad de oxígeno es mayor que si se utiliza la luz brillante”, dijo.
El segundo método, que mide las líneas de recombinación al combinar los átomos con electrones en el plasma, requiere detectores muy potentes, que se han desarrollado desde fines de la década de 1980 y durante la de 1990.
“Generalmente, si se comparan estas dos abundancias al calcular diversos tipos de interacciones de los átomos hay una diferencia sistemática en la composición química que uno infiere. Si se usan las líneas derivadas de la recombinación de átomos con electrones siempre se obtienen abundancias más altas”, indicó.
En 2006, a Richer y Georgiev se les ocurrió usar una muy alta resolución espectral para abundar en el tema. Con los espectrógrafos, la luz pasa a través de un instrumento y lo descompone en sus colores componentes, lo que permite un análisis más profundo.
“Al emplear un espectrógrafo de muy alta resolución se ven no solamente los colores componentes de la luz del objeto celeste, sino también podemos observar los movimientos internos del gas que integra el objeto”, señaló.
Hasta antes de esta investigación, los análisis de composición química del Universo suponían que todos los átomos participan en los dos procesos, tanto en los choques de átomos con electrones como en la recombinación entre ellos. “Nuestra pregunta era si esto era cierto”, recordó.
De ser verdad esa premisa, se debería encontrar el mismo resultado al medir el movimiento interno de los gases dentro de la nebulosa con los dos métodos. “Al hacerlo con la Nebulosa de Saturno no resultó así y eso fue lo que publicamos en The Astrophysical Journal”, comentó.
En su estudio, para el que utilizaron datos de los archivos del Observatorio Europeo Austral, encontraron que las líneas derivadas de choques entre átomos y electrones indicaban un movimiento particular de gas dentro del objeto. Las líneas de recombinación entre átomos y electrones, por su parte, indicaron que no solamente comparten ese movimiento, sino que también una fracción de ellos tiene otro muy distinto.
Los astrónomos universitarios consideraron que si los componentes gaseosos tienen comportamientos cinemáticos o movimientos internos diferentes, no pueden surgir del mismo material.
“Lo que pudimos afirmar es que parece que hay un segundo componente de material que emite, principalmente, en las líneas de recombinación, que tiene una cinemática diferente al resto del gas que emite en las líneas que resultan de colisiones”, concluyó Richer.