Somos polvo de estrellas
La formación de los elementos que constituyen la materia comprende dos fases, de acuerdo a la teoría del Big Bang. En una primera fase, durante los primeros minutos de existencia del universo, se formaron los elementos ligeros, fundamentalmente deuterio, helio y algunas trazas de litio. Posteriormente, en las estrellas, se combinaron para producir los elementos más pesados, como carbono, oxígeno, silicio, azufre y hierro. Toda la vida basada en el carbono tuvo su origen en las estrellas.
Nucleosíntesis en el universo temprano
La teoría del Big Bang predice que el universo primitivo era un lugar muy caliente. Un segundo después del Big Bang, la temperatura del universo era de aproximadamente 10 mil millones de grados y estaba formado por un mar de neutrones, protones, electrones, positrones, fotones y neutrinos. A medida que el universo se fue enfriando, los neutrones se fueron descomponiendo en protones y electrones o combinando con protones para formar deuterio. Durante los primeros tres minutos del universo, la mayor parte del deuterio se combinó para producir helio, produciéndose también trazas de litio en este momento.
De acuerdo al modelo del Big Bang, se espera que cerca del 24% de la materia ordinaria en el universo sea producida por el helio creado en el Big Bang. Así mismo, la abundancia de deuterio, helio y litio que encontramos en la actualidad depende de la densidad de la materia ordinaria en el universo temprano. De este modo, la medida experimental de la densidad de materia sirve como un doble control del modelo, dado que dicha densidad depende además de la cantidad de elementos ligeros predichos. Esta predicción está muy de acuerdo con las observaciones, siendo otro gran triunfo para la teoría del Big Bang.
Por otro lado, una densidad de materia ordinaria dada, determina la proporción de otros elementos ligeros. En este caso, la densidad de materia ordinaria obtenida de las medidas del satélite WMAP es del 4.6% (± 0.2%), en concordancia con la proporción observada de dichos elementos ligeros.
Nucleosíntesis en estrellas
Los elementos más pesados que el litio se sintetizan en las estrellas. Durante las últimas etapas de la evolución estelar, las estrellas masivas queman helio para producir carbono, oxígeno, silicio, azufre y hierro. Los elementos más pesados que el hierro se producen de dos maneras: en las envolturas exteriores de estrellas super-gigantes y en la explosión de una supernova. Toda la vida basada en el carbono en la Tierra está literalmente compuesta de polvo de estrellas.
En 1948, el físico George Gamow planteó la hipótesis de que todos los elementos podrían haber sido creados en el universo temprano. Su alumno, Ralph Alpher, junto con Robert Herman, realizó su tesis doctoral intentando probar esta hipótesis. Ambos llegaron a la conclusión de que Gamow estaba equivocado debido al problema que supone la captura de neutrones. Los neutrones se descomponen en aproximadamente 10 minutos, y su densidad disminuye a medida que el universo se expande en ese tiempo. Simplemente no hay tiempo suficiente para seguir acumulando elementos más pesados antes de que desaparezcan los neutrones. Los elementos pesados se crean más tarde, en estrellas. Sólo los elementos más ligeros se construyen en el universo temprano.
A raíz de este trabajo se llegó, además, a una importante predicción: es de esperar que exista un fondo de microondas cósmico (CMB) originado en el Big Bang, cuyo espectro debe corresponder a la radicación del cuerpo negro con una temperatura de aproximadamente 5ºK.
La teoría del Big Bang predice que el universo primitivo era un lugar muy caliente y que a medida que se expande, el gas en su interior se enfría. Por lo tanto, el universo debe estar lleno de radiación que es, literalmente, el calor remanente que queda del Big Bang, llamado fondo cósmico de microondas o CMB.
