Un experimento liderado desde España desvela cómo se forma el molibdeno-94 en las estrellas moribundas

¿Cómo se fabrica un átomo dentro de una estrella que agoniza? Parece una pregunta de examen de astrofísica, pero durante años fue un problema con nombre y apellidos: molibdeno-94. Los modelos teóricos no conseguían explicar por qué unos granos de polvo microscópicos, atrapados en meteoritos primitivos y anteriores a la formación del Sistema Solar, presentaban una cantidad inusualmente elevada de ese isótopo.

Ahora, un experimento realizado en el CERN y liderado por investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, ha medido por primera vez el proceso nuclear que faltaba para cerrar el enigma. Los resultados, publicados en Physical Review Letters y difundidos por el CSIC a comienzos de noviembre, no solo resuelven una anomalía de manual: afinan nuestra comprensión de cómo las estrellas moribundas siembran el universo con los elementos que después formarán planetas —y, de paso, a nosotros mismos—.

¿Qué tienen de especial los granos presolares?

Imagina ceniza interestelar conservada dentro de una roca. Algunos meteoritos primitivos guardan diminutos granos de polvo que se condensaron antes de que naciera el Sol: son cápsulas del tiempo de estrellas que ya habían vivido y muerto cuando nuestra nebulosa solar empezaba a girar. Analizarlos es como hacer la datación de carbono de la galaxia, pero a lo bestia.

El problema es que esos granos no siempre encajan con la teoría. Su composición mostraba un exceso de molibdeno-94 que los modelos de nucleosíntesis —los que describen cómo se cocinan los elementos en el interior estelar— no conseguían reproducir. Faltaba un dato experimental clave, y los astrofísicos llevaban décadas trabajando a ciegas con estimaciones teóricas.

¿Por qué nadie había medido el niobio-94 hasta ahora?

Porque es endiabladamente difícil. El niobio-94 es radiactivo, no existe un blanco estable que colocar en un laboratorio, y la reacción que interesa —su captura de neutrones— es justo la que determina cuánto molibdeno-94 acaba produciéndose en las estrellas moribundas. En esas condiciones extremas, el isótopo puede seguir dos caminos: capturar un neutrón o experimentar una desintegración beta. La competencia entre ambos procesos decide el resultado final.

El equipo español ha logrado la primera medición de esa probabilidad en la instalación n_TOF del CERN, en Ginebra, especializada en estudiar reacciones nucleares inducidas por neutrones mediante la técnica del tiempo de vuelo. La idea, contada en cristiano: se dispara un pulso de neutrones contra el blanco y se cronometra cuánto tarda cada uno en provocar una reacción; la velocidad del neutrón delata su energía y permite reconstruir la sección eficaz, la «diana» efectiva del núcleo.

1. 1La estrella moribunda produce niobio-94 en sus capas internas.
2. 2El isótopo compite entre dos destinos: capturar un neutrón o desintegrarse (beta).
3. 3La ruta elegida determina cuánto molibdeno-94 se sintetiza.
4. 4Ese molibdeno acaba en los granos de polvo que después recogerán los meteoritos… y los laboratorios españoles.

¿Qué cambia ahora en los modelos estelares?

La nueva medición ha resultado próxima a algunas estimaciones teóricas previas —buena noticia para quienes hicieron aquellas cuentas—, pero hasta que no hay un número experimental, los modelos se mueven en la niebla. Al incorporar el dato del n_TOF a los modelos de nucleosíntesis más avanzados, los investigadores han conseguido reducir notablemente la incertidumbre y, por fin, reproducir las abundancias de molibdeno-94 observadas en los antiguos granos de polvo.

• ✓Modelos más finos: menos incertidumbre en cómo las estrellas producen elementos pesados antes de morir.
• ✓Meteoritos legibles: los granos presolares dejan de contener anomalías inexplicables y se convierten en archivos fiables de la química galáctica.
• ✓Física nuclear aplicada: las mediciones de n_TOF sirven igual para estudiar supernovas que para entender la evolución estelar.
• ✓Ciencia española en la élite: liderazgo del IFIC en una instalación de referencia mundial del CERN.

Conviene, eso sí, no vender la moto completa: la medición elimina una incertidumbre relevante, pero no explica por sí sola todos los procesos que afectan al niobio-94 en el interior estelar. Quedan reacciones por medir y estrellas que simular.

De una estrella muerta al cajón de un meteorito

Lo fascinante del trabajo es su escala temporal. Un átomo de molibdeno-94 se cocinó en una estrella que murió hace más de 4.600 millones de años, viajó en un grano de polvo hasta quedar atrapado en un meteorito, y acabó siendo medido —primero con espectrómetros, después con neutrones en Ginebra— por personas que no existían cuando ese grano se condensó. La anomalía que desconcertaba a los modelos resultó ser el eco de un proceso nuclear que nadie había cronometrado.

El estudio del material antiguo permite reconstruir la historia química del cosmos igual que los fósiles reconstruyen la de la vida. Y cada reacción medida en instalaciones como n_TOF es una pieza más del puzle: la próxima vez que alguien pregunte de dónde vienen los átomos de tu alianza de boda o del molibdeno de tus enzimas, la respuesta tendrá un poco más de precisión.

¿Por qué medir algo que ocurrió en una estrella muerta?

La pregunta es legítima: ¿para qué sirve cronometrar una reacción nuclear imposible de reproducir en la naturaleza actual? La respuesta tiene que ver con lo que los astrofísicos llaman nucleosíntesis, el conjunto de procesos que fabrican los elementos químicos dentro de las estrellas. Prácticamente todo lo más pesado que el helio que llevas encima —el hierro de tu sangre, el calcio de tus huesos, el carbono de tus células— se coció en el interior de generaciones de estrellas que vivieron y murieron antes de que existiera la Tierra.

El problema es que esa cocina no se puede visitar: solo se puede simular. Y las simulaciones valen lo que valgan sus parámetros. Cada vez que falta una sección eficaz medida experimentalmente —la probabilidad real de que un núcleo capture un neutrón—, los modelos estelares trabajan con una incertidumbre enorme en ese punto. Medir el niobio-94 en n_TOF es como ponerle termómetro a una receta que llevábamos décadas cocinando a ojo.

De ahí que los laboratorios de neutrones como el del CERN se hayan convertido en una pieza clave de la astrofísica moderna, aunque suene a paradoja: para entender estrellas que murieron hace miles de millones de años hay que disparar neutrones contra blancos en Ginebra. La técnica del tiempo de vuelo permite cubrir justo el rango de energías de neutrones que existen en las capas internas de las estrellas agonizantes, ese régimen donde la captura neutrónica y la desintegración beta compiten en igualdad de condiciones.

El caso del molibdeno-94, además, no es una rareza aislada. Forma parte del grupo de los llamados núcleos p, isótopos ricos en protones cuya abundancia observada en el universo los modelos clásicos no terminan de explicar. Cada medición nueva acota el problema y obliga a refinar —o a descartar— escenarios astrofísicos enteros. ¿Qué otras anomalías presolares esperan su propio experimento? En los cajones de los meteoritos, material no falta.