Formación de las primeras moléculas de agua en nuestro universo

Formación de las primeras moléculas de agua en nuestro universo

Yolanda Gómez1

¿Desde cuándo existe agua en el Universo?

El agua es una molécula muy sencilla, pero su formación en nuestro Universo requirió de la existencia de átomos de hidrógeno y oxígeno, lo que nos hace preguntarnos ¿desde cuándo existe agua en el Universo? y, además de nuestro planeta, ¿en qué otros lugares se ha encontrado?

Actualmente, los astrónomos contamos con poderosas técnicas y sensitivos telescopios que nos permiten detectar esta molécula en diversos entornos de nuestro Universo, entornos que van desde otros planetas dentro de nuestro Sistema Solar –como es el caso del planeta Marte–, hasta las más remotas galaxias que se localizan a miles de millones de años luz de nosotros. Astrónomos mexicanos han contribuido a la detección de agua en otras partes de nuestro Universo, mostrando que esta sencilla molécula es más común de lo que pensábamos.

Primer acto: nace nuestro Universo

Observaciones recientes han confirmado que nuestro Universo tuvo un origen y que esto sucedió hace aproximadamente 13,700 millones de años. En el pasado, el Universo conocido ocupaba un espacio mucho más pequeño y su estado era extremadamente denso y caliente. En un momento dado, el Universo comenzó a expandirse y enfriarse hasta tener la estructura y tamaño que ocupa actualmente. A esta teoría que explica el origen del Universo se le conoce como teoría del “Big-Bang o de la Gran Explosión” y es ampliamente aceptada por la comunidad científica.La materia, el tiempo y el espacio comenzaron a existir de manera repentina durante esta Gran Explosión.Las partículas fundamentales fueron producidas en el inicio del Universo, incluyendo los componentes de los átomos: protones, neutrones y electrones. Pasados los primeros 300,000 años del origen, la temperatura del Universo ya había disminuido considerablemente, a unos 3,000 grados Kelvin, permitiendo que los electrones y protones se combinaran para formar los primeros átomos (proceso conocido como recombinación). A este momento en la historia del Universo se le conoce como era de la Recombinación o del Desacoplamiento materia-radiación, ya que, al formarse los primeros átomos neutros, las partículas de radiación que conocemos como fotones pudieron propagarse libremente sin interactuar tanto con la materia. El Universo, entonces, quedó compuesto principalmente por hidrógeno y helio, en una proporción de diez a uno y unas pequeñas trazas de otros elementos como el litio.

El hidrógeno es el átomo más simple que conocemos, está formado por un protón –que es su núcleo– y por un electrón, que gira alrededor del núcleo. Esta proporción de hidrógeno a helio es lo que observamos actualmente en el Universo y hoy en día constituye una de las pruebas de la teoría de la Gran Explosión. Las estrellas mismas, como nuestro Sol, siguen esta proporción aproximada de diez átomos de hidrógeno por uno de helio.

Pero para formar agua necesitamos átomos de oxígeno (una molécula de agua, H2O, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno) y, ciertamente, éste no fue uno de los primeros constituyentes del Universo. Entonces, ustedes se preguntarán: ¿cuándo se formaron los primeros átomos de oxígeno? Pues resulta que, por un lado, el Universo continuaba expandiéndose como un todo; pero, en algunas partes del mismo, se formaban regiones cada vez más densas, donde la fuerza de gravedad hacia que éstas se hicieran más y más compactas hasta dar origen a las primeras estrellas y galaxias. Es probable que las primeras galaxias en nuestro Universo se hayan formado pasado algunos cientos de millones de años después de la Gran Explosión. El proceso mismo de la formación y la época en la que ocurrió todavía es motivo de debate dentro de la comunidad astronómica. Una de estas galaxias que se formaron fue la nuestra, la Vía Láctea. Se estima que contiene cerca de 200 mil millones de estrellas y una de éstas es nuestro Sol. Es justo durante la formación de las primeras galaxias donde se dio también la formación de las primeras estrellas y, dentro de estas estrellas, la de átomos más pesados, como lo es el oxígeno, carbono, nitrógeno, etcétera, mediante el proceso de nucleosíntesis que describiremos más adelante.

Segundo acto: el hidrógeno se combina con el oxígeno

Es en el interior de las estrellas donde se dará la formación de elementos pesados. Se considera que las primeras estrellas se formaron pasados 300 millones de años del orígen de nuestro Universo. Debieron ser muy distintas a las que existen ahora, ya que en un principio sólo había hidrógeno y helio para formarlas. Se cree que estas primeras estrellas fueron grandes y masivas, con cientos de veces la masa del Sol. También se ha estimado que debieron haber vivido muy poco –apenas un millón de años– y que al morir explotaron, arrojando el material enriquecido de su interior (oxígeno, carbono, nitrógeno, etcétera) al medio circundante.

El proceso de nucleosíntesis que se da en el interior de las estrellas, donde las altas densidades y temperaturas hacen que se fusionen unos átomos en otros, conlleva a la formación de elementos cada vez

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