Los científicos de hoy están bastante seguros de cuánto tiempo ha existido nuestro universo: han pasado 13.8 mil millones de años, dar o tomar 59 millones de añosya que el cosmos estalló en ser a través del Big Bang. Pero están mucho menos seguros de una pregunta relacionada: ¿cuándo podría haber surgido la vida, en algún lugar por ahí? Nuestro sistema solar formó solo 4,6 mil millones de años, después de que dos tercios de tiempo cósmico ya habían transcurrido, y la vida parece haber pasado aquí Casi tan pronto como la tierra se enfrió de su ardiente nacimiento para albergar océanos de agua líquida.
¿Podemos ser Llegados tempranos en el universo, o incluso el primero? O somos en su lugar tarde a la fiestacon la vida surgiendo Mucho antes en la historia del universo? Determinar el momento de requisitos previos cruciales para vida tal como la conocemos Sería útil aquí: a saber, ¿Cuándo se formó el agua por primera vez, y cuándo podría encontrar un buen planeta para establecerse con algún lugar??
Esta línea de pensamiento es lo que inspiró Un nuevo papelpublicado en la revista Astronomía de la naturaleza, Eso analizó cuánta agua podría haber sido elaborada por algunas de las primeras estrellas, y descubrió que podrían haber enriquecido el universo con la molécula que sostiene la vida sorprendentemente temprano. A Estudio de preimpresión de seguimiento por un grupo que incluye a los mismos autores, enviado para su publicación en la revista Ciencia, sugiere que los planetas rocosos y potencialmente portadores del océano podrían haberse unido de este material rico en agua no mucho después.
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“Lo que mostraron nuestras simulaciones fue que podría obtener sitios para la formación de planetas ya enriquecidos con niveles de agua similares a [those in] El sistema solar hoy solo 200 millones de años después del Big Bang ”, dice Daniel Whalen, astrofísico de la Universidad de Portsmouth en Inglaterra y autor principal de ambos estudios.
Para comprender las implicaciones, imagine, por un momento, que los 13.800 millones de años de historia del universo se comprimieron en una vida humana de 70 años. Los resultados de Whalen y sus colegas sugieren que las condiciones habitables podrían haber existido cuando este ser cósmico ahora anciano tenía solo un año. La ventana de oportunidad en la que la vida podría formarse y florecer puede haber sido mucho más amplia y mayor de lo que los investigadores habían considerado anteriormente. Mundos vivos con océanos antiguos que se formaron dentro de unos cientos de millones de años de los amanecer del tiempo pueden dispersarse por todo el cosmos.
Receta cósmica de la vida
Hasta la fecha, lo más temprano conocido agua en el universo fue detectado por la matriz de milímetro/submilímetro de Atacama (ALMA) en Chile, que espió signos espectrales de H familiar H2O En una galaxia localizó a unos 12.88 mil millones de años luz de la Tierra, y por lo tanto, desde un momento en que el universo tenía poco más de mil millones de años.
Pero sabemos que, al principio, el universo era un desierto cósmico, sin una gota para beber. Eso cambió unos 100 millones de años después del Big Bang como las primeras estrellas del universo se convirtió en existencia. Densos grupos de hidrógeno primordial y helio sobrantes del Big Bang colapsados bajo su propio peso gravitacional, encendiendo reacciones de cadena termonuclear en sus núcleos que harían iluminan el universo. Dentro de estos gigantescos hornos nucleares brillantes, se forjaron las primeras cantidades significativas de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.
Viviendo rápido y muriendo jóvenes, las primeras estrellas sembraron su entorno con elementos como oxígeno, carbono y silicio a través de sus muertes explosivamente violentas como supernovas. Generaciones posteriores de estrellas y planetas formadas a partir de estos cenizas estelares fértilesy el oxígeno de origen supernova podría combinarse con abundante hidrógeno primordial para hacer agua.
“Durante 100 millones de años, el universo no tenía los componentes básicos de la vida, como el oxígeno o el carbono. Una vez que comenzó la fusión nuclear en los interiores estelares, el universo se volvió mucho más interesante ”, dice Avi Loeb, astrofísica de la Universidad de Harvard.
Entonces, en algunos aspectos, la llegada temprana de los ingredientes principales de la vida (elementos de agua y más pesados capaces de formar moléculas complejas) no es tan sorprendente. Pero los detalles de cómo podrían haberse unido estas materias primas para preparar el escenario de por vida se han mantenido turbias.
Rompiendo cuellos de botella
A pesar de la abundancia tan temprana, hacer agua en ese entonces no fue necesariamente fácil. El problema es que a pesar de que las primeras estrellas hicieron mucho oxígeno, se habría dispersado en grandes áreas cuando salió al espacio a través de supernovas.
En consecuencia, en relación con otros elementos, las concentraciones de oxígeno aún habrían sido bajas, potencialmente la formación de agua lista para el agua. Y cualquier molécula de agua que se formara aún habría sido fácilmente devolvida a los átomos por la intensa radiación ultravioleta (UV) emitida por las estrellas en el universo temprano, que era más pequeño y más concurrido de lo que es hoy.
Pero en 2015 Loeb, junto con Shmuel Bialy, ahora en el Instituto de Tecnología de Technion-Israel, y Amiel Sternberg de la Universidad de Tel Aviv, predijo que, a pesar de estos obstáculos, las condiciones templadas posiblemente podrían haber aumentado la formación de agua. Todo lo que se necesitaba era para temperaturas entre 250 y 350 kelvins (–23 y 77 grados centígrados) para prevalecer dentro de algunas de las nubes de gas que impregnaban el universo temprano.
“A altas temperaturas de gas, un conjunto de reacciones químicas muy eficientes que conducen a la formación de agua entran en juego”, dice Bialy. “Esto aumenta la H2O Tasa de formación tanto que puede contrarrestar la baja abundancia de oxígeno y la radiación UV destructiva “.
Las nuevas simulaciones de Whalen y sus colegas dan peso adicional a estas predicciones anteriores.
Por su Astronomía de la naturaleza estudiar, El equipo construyó modelos numéricos para las explosiones de supernova de dos estrellas de primera generación: una era 13 veces más pesada que el sol, y el otro era 200 veces más pesado que nuestra estrella. La estrella simulada más pequeña sobrevivió durante aproximadamente 12 millones de años antes de morir como una supernova, expulsando 17,000 masas de oxígeno de tierra en el medio interestelar circundante. La estrella más grande solo sobrevivió durante dos millones y medio de años antes de experimentar su propia desaparición explosiva, generando 55 masas solares (más de 18 millones de masas de tierra) de oxígeno.
Lo que sucedió después fue sorprendente: como la onda de choque de cada supernova virtual emanó hacia afuera, las ondas crearon variaciones de densidad en el gas circundante, lo que provocó que parte del gas se condense en grupos. A partir de ahí, estos densos grupos fueron rociados con oxígeno y otros elementos de próxima generación por la explosión en expansión de la supernova frente a Eyección. De acuerdo con la predicción de Loeb, Sternberg y Bialy, el gas más denso deja que los grupos contengan más calor térmico que permitió reacciones químicas generadoras de agua más rápidas.
“Si bien la producción total de agua en una explosión de supernova dada es modesta, la fracción de masa de agua en grupos densos creados por la explosión puede acercarse a los que existen en el sistema solar hoy en día”, dice Whalen. “Ese fue el resultado que no esperábamos, y es importante porque esos grupos densos son las únicas estructuras que pueden colapsar para formar estrellas y discos protoplanetarios en los escombros de la explosión”.
Whalen advierte que las simulaciones de su grupo solo ofrecen respuestas provisionales en la actualidad. “No tenemos toda la física”, dice. “No estamos seguros de cuáles fueron las masas de las primeras estrellas, pero generalmente se cree que eran docenas de cientos de masas solares”. Las simulaciones también solo modelaron la formación de una estrella a la vez, cuando el consenso sostiene que el universo temprano era bastante claustrofóbico, con múltiples estrellas que se formaban muy cerca. Exactamente cómo esto podría influir en la producción de agua no está claro.
Solo agrega agua
Pero supongamos, por ahora, que estas especulaciones teóricas y modelos computacionales reflejan la realidad. Si el agua fuera tan abundante en las regiones del universo temprano donde las estrellas de segunda generación podrían formarse más tarde, ¿podrían surgir planetas como la tierra de esta niebla cósmica?
Esa es esencialmente la pregunta que Whalen y sus coautores hicieron en el estudio al que se sometieron Ciencia. Un segundo conjunto de simulaciones probó si los grupos de gas enriquecidos por el agua del primero podrían colapsar en una estrella de baja masa con Un disco protoplanetario que podría desovar mundos rocosos y húmedos. Y la respuesta, en resumen, es que pueden.
En estas simulaciones de seguimiento, una pequeña estrella, aproximadamente tres cuartos de la masa del sol, está saliendo del denso gas con planetesimales, precursores a escala de kilómetro a los planetas terrestres, al remolque. A pesar de su potencial formación tan temprano en la historia cósmica, una estrella de este tamaño puede no haber quemado la mayor parte de su combustible termonuclear, lo que significa que, incluso ahora, tantos miles de millones de años después, todavía estaría brillando. Y eso significa los posibles planetas primordiales de o océanos primordiales de una estrella todavía podría estar ahí fueraesperando que los encontremos y los estudiemos.
Eso no quiere decir que la vida necesariamente tenga un comienzo fácil en tales mundos. Colisiones cataclísmicas Con protoplanetas, se cree que los asteroides y los cometas son comunes durante la formación de un planeta y durante las próximas decenas a cientos de millones de años a partir de entonces. La vida, si alguna vez surgiera en uno de estos mundos, todavía habría tenido que soportar ese bombardeo, o esperar su fin.
Extrapolando de la historia de la Tierra, en la que la vida puede haber comenzado solo unos pocos cientos de millones de años después de la existencia de nuestro planeta, surge una cronología cósmica aproximada: 100 millones de años para las primeras estrellas que nacerán, 10 millones para que esas estrellas vivan, mueran y se extienden más pesados elementos pesados para la segunda generación de estrellas de masa inferior para formar 100 millones para que se formen 100 millones para que los mundos rocosos alcancen las condiciones de superficie estable adecuadas para la vida. Esta línea de tiempo implica que la vida podría haber comenzado apenas 300 millones de años después del Big Bang, tal vez incluso antes de que se formaran las primeras galaxias reconocibles.
Un enigma que Whalen todavía se pregunta es la procedencia del agua en los océanos de la tierra. “Alguien me preguntó si es posible que algo de esta agua primordial esté aquí hoy, y tenemos que decir: no podemos descartarla”, dice. “Parte del agua en la Tierra es más antigua que el sistema solar en sí, pero no sabemos exactamente cuántos años tiene esa agua; Es posible que parte de esto sea primordial “.
Eso es Algo para reflexionar La próxima vez que levante un vaso: algunas de esas moléculas que llenan la sed en su taza pueden haber formado hace más de 13 mil millones de años en la onda de choque en expansión de una de las primeras estrellas del universo.