El origen del Sol: anomalías en meteoritos condríticos indican que no nació solo 

La nebulosa de emisión de Carina según una imagen del telescopio James Webb. Las jóvenes estrellas de la nebulosa han nacido de una nube molecular que los potentes vientos estelares dispersa. Nuestro Sol nació en un entorno similar, plagado de estrellas. NASA, ESA, CSA, STScI

El Sol nació del colapso local de una nube de gas y polvo. Esos componentes se agregaron progresivamente por efecto del campo gravitatorio de aquella nebulosa. La formación de todo lo que vino después, como la estructura del sistema planetario que incluye la Tierra, tuvo lugar a alta temperatura, de hecho, a demasiada temperatura como para que no hubiese prácticamente nada sólido en sus comienzos.

El material del entorno solar se encontraba en fase gaseosa casi en su totalidad, por las temperaturas superiores a unos 2 000 K que se daban. Sin embargo, cuando adquirió la masa suficiente para nacer como estrella, comenzó a generar luz a una tasa poderosa y deslumbrante.

La luz y el viento estelar barrieron progresivamente el gas residual, con lo que disminuyó la densidad de gas y eso conllevó la bajada drástica de la temperatura que dio origen a la condensación de las primeras partículas sólidas a partir del gas.

Los primeros sólidos supervivientes, las llamadas inclusiones refractarias de calcio y aluminio (CAI), pudieron sobrevivir a su fundido hace unos 4 568 millones de años.

Los primeros agregados sólidos todavía forman las llamadas Partículas de Polvo Interplanetario (IDPs) que proceden de asteroides primitivos y cometas. Precisamente a partir de ellos y debido al procesado térmico surgieron los cóndrulos. Esos materiales formaban el disco protoplanetario.
Imagen de Josep M. Trigo (CSIC-IEEC) excepto el marco superior izquierdo con el IDP cortesía de Don Brownlee (NASA)

Los meteoritos que nacieron con el Sol

Llamamos condritas a los meteoritos que formaron parte de pequeños cuerpos rocosos cuyos tamaños variaron entre decenas y pocos cientos de kilómetros, formados alrededor del Sol en esa etapa temprana tras su nacimiento. Así, los meteoritos condríticos provienen de asteroides que están compuestos por materiales sólidos primordiales, cuya datación isótopica revela que son unos cincuenta millones de años más antiguos que la Tierra.

Eran cuerpos porosos que crecieron a partir de colisiones entre las primeras partículas sólidas existentes en el disco protoplanetario. Debido a su naturaleza porosa, parte del calor generado, tanto de la desintegración de sus elementos radioactivos como de las propias colisiones entre ellos, pudo escapar eficientemente hacia el espacio. La transcendental consecuencia de ese proceso de pérdida de calor fue que sus materiales nunca se calentaron lo suficiente, no se fundieron y, por tanto, mantuvieron su composición química primordial.

Los ladrillos de los planetas rocosos

A esas rocas primigenias las llamamos genéricamente condritas porque están formadas mayoritariamente por unas esférulas ígneas típicamente submilimétricas que denominamos cóndrulos. Podrían recordarnos las rocas sedimentarias en la Tierra, con la salvedad de que estos cóndrulos, más las concentraciones de calcio y aluminio (CAI) y ciertos granos de sulfuros y metales, representan los sedimentos de la creación. Tales partículas sólidas fueron los componentes de auténticos ríos de materiales, dispuestos en una especie de regiones toroidales alrededor del joven Sol. Posteriormente estas partículas chocaron entre sí para dar lugar a los asteroides condríticos, los ladrillos constitutivos de los planetas rocosos.

Todo ello ha sido corroborado por los recientes descubrimientos del radiotelescopio ALMA que nos permite adentrarnos en el entorno de estrellas jóvenes, en un estadio similar al que pasó el Sol hace unos 4 565 millones de años.

El disco protoplanetario alrededor de HL Tau visto por ALMA ejemplifica la distribución de materiales sólidos en anillos alrededor de esa joven estrella.
(ALMA Partnership et al. 2015, ApJ, 808, L3)

Materiales extrasolares contenidos en las condritas

Un porcentaje realmente pequeño, típicamente inferior a un uno por ciento, de los materiales formativos de las condritas tuvieron su origen en otras estrellas. Se denominan granos presolares, partículas generalmente micrométricas que condensaron en los entornos circumestelares de estrellas formadas antes del propio Sol.

Por otro lado, como los materiales sólidos condensaron de la fase vapor, tanto los cóndrulos como otros componentes de las condritas contienen isótopos hijos de otros de naturaleza radioactiva.

La existencia de tales isótopos en los meteoritos revela que en el entorno del Sol hubo estrellas cuyos gases emanados bañaron la nebulosa solar. De hecho, hace años demostramos que las abundancias isotópicas de las condritas podrían ser consistentes con la formación del Sol en una asociación estelar de estrellas de la rama asintótica de las gigantes, conocidas como estrellas AGB.

Es decir, a esos elementos químicos de los que se condensaron en los primeros componentes sólidos del Sistema Solar cabría incorporar otra componente que, al ser parcialmente radioactiva, tenía origen en un determinado tipo de estrellas que sabemos que producen ciertos isótopos peculiares. Pudimos demostrar que si mezclásemos los isótopos radioactivos teóricamente esperables de una estrella de una seis veces la masa del Sol con otras trescientas partes de gas con la composición solar, tendríamos justo las anomalías isotópicas medidas en las condritas.

Sin embargo, la ciencia avanza gracias a la controversia y un nuevo estudio de Alan Boss, de la Carnegie Institution, sugiere que fue el estallido de una supernova el que incorporó buena parte de esos isótopos radioactivos de vida intermedia, particularmente el hierro-60. Desde hace años estos autores sugieren que la onda de choque producida por la explosión de una supernova podría ser también capaz de incentivar la formación del Sol y otras estrellas a partir de la nube de gas primordial.

A ciencia cierta, nuestro sistema planetario recibió granos presolares y gases de todos esos tipos de estrellas y los meteoritos nos enseñan algo sorprendente: algunas estaban muy cerca de nuestro Sol.

El Sol nació en una nube molecular, formando parte de una asociación estelar

Una valiosa enseñanza de esos auténticos fósiles de la creación que son las condritas es que nuestra estrella nació en un entorno rico en estrellas. Tales astros contribuyeron a los materiales formativos de las condritas con diminutos granos estelares, como por ejemplo de carburo de silicio cuyas anomalías isotópicas apuntan a que proceden de estrellas AGB, y también con gases ricos en isótopos radioactivos generados de la nucleosíntesis de elementos en el interior de tales estrellas. Esos isótopos de vida corta se incorporaron a los materiales formativos de las condritas antes de desintegrarse y, por tanto, son la prueba de la cercanía de esas estrellas al Sol.

Grano presolar de carburo de silicio. La pequeña escala corresponde a un micrómetro.
(Cortesía Sachiko Amari)

De ese modo, estudiando las peculiaridades isotópicas contenidas en esos diminutos componentes meteoríticos, podemos conocer los tipos de estrellas que asistieron al nacimiento del Sol, estrellas que ayudaron a formar los materiales sólidos a partir de los cuales se construiría todo lo que conocemos.

Que el Sol no haya nacido en solitario no nos debería sorprender. Estamos acostumbrados a ver inmensas nebulosas en las que se están formando estrellas, como la nebulosa Carina. En ellas contemplamos el nacimiento de estrellas mientras otras, hermanas aventajadas, lucen de manera sorprendente, iluminando el entorno gaseoso a la vez que comienzan a crear otros mundos.

La nebulosa Carina captada por la cámara NIRIM del Telescopio James Webb.
(Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI)

A la luz de todo lo aprendido del Cosmos, los humanos no somos sino materia estelar consciente.

Josep M. Trigo Rodríguez recibe fondos del proyecto del Plan Nacional de Astronomía y Astrofísica PID2021-128062NB-I00 financiado por el MICINN y la Agencia Estatal de Investigación