¿Dónde está el litio que falta en el universo?

Según los cálculos teóricos, la cantidad de litio -ése que encontramos en las baterías de nuestros dispositivos electrónicos- debería ser tres veces más del que observamos experimentalmente. ¿Por qué existe tal discrepancia?

 

A de finales de los años 1960, tras la detección de la radiación de fondo de microondas que llena el espacio, a los cosmólogos les quedó claro que el origen del universo había comenzado con una gran explosión. Con el paso del tiempo se fueron acumulando las pruebas de que hace casi 14.000 millones de años todo lo que conocemos surgió de un evento único y explosivo.

Tres son las grandes pruebas experimentales que hace que pensemos que fue así: primero, el descubrimiento de la expansión del universo por el astrónomo norteamericano Edwin Hubble hacia 1925; segunda, la ya mencionada radiación de fondo de microondas, que constituye el 'eco' actual de la Gran Explosión; y tercera, la composición del universo en tres cuartos de hidrógeno, un cuarto de helio y unas pequeñas trazas de litio y berilio (a esto se le llama la nucleosíntesis primordial). Esto es así porque tres minutos después de la gran explosión la temperatura del universo habría bajado lo suficiente como para detener cualquier reacción nuclear. Los cálculos hechos hacia 1950 por, entre otros, Fred Hoyle, William Fowler y el matrimonio Geoff y Margaret Burbidge, demostraron que en ese caso la proporción de helio en el universo debía ser del 25%. Resulta curioso que estos cuatro astrofísicos fueran unos críticos acérrimos del Big Bang. De hecho, el nombre se lo puso Hoyle durante su famoso programa de radio de los años 50 en la BBC, La naturaleza del Universo.

Cuando predecimos la cantidad de hidrógeno y de helio generado con la Gran Explosión lo hacemos francamente bien. Incluso con la cantidad de deuterio, un tipo de hidrógeno -un isótopo en términos técnicos- que posee un protón y un neutrón en lugar de solo un protón. La teoría predice que por cada millón de núcleos de hidrógeno se formaron 25 núcleos de deuterio, y las observaciones muestran que esta predicción es correcta dentro del 1,6 %. Pero con el litio la teoría falla estrepitosamente: predice que por cada diez mil millones de átomos de hidrógeno se formaron alrededor de cinco átomos de litio (estamos hablando de un isótopo de litio, Li7, que tiene tres protones y cuatro neutrones y es la forma más abundante de este elemento). Sin embargo, las mejores observaciones que tenemos muestran que hay menos de dos átomos de litio por cada diez mil millones de átomos de hidrógeno. Esto es conocido en cosmología como “el problema del litio faltante” y es una incógnita que plantea serias dudas sobre si sabemos lo que sucedió en el cosmos desde aproximadamente 10 segundos hasta 20 minutos después del Big Bang.

Por entonces el universo estaba muy caliente y se expandía con rapidez. En ese momento, los electrones y fotones que se movían libremente por el espacio formaron un plasma con los primeros núcleos atómicos de hidrógeno, helio, litio y berilio. Desde entonces hasta que empezaron a brillar las primeras estrellas, la composición química del universo fue así de sencilla.

Hay diversas explicaciones a tan abultada discrepancia. Una de las últimas es la de unos investigadores chinos donde defienden que los núcleos en los primeros momentos de su existencia se comportaban de forma diferente a lo que se creía. Para saber lo que pasaba, dicen, hay que aplicar una nueva formulación de la física que estudia los sistemas con un gran número de componentes -como por ejemplo los gases, compuestos por millones y millones de átomos- que fue introducida en 1988 por el físico brasileño de origen griego Constantino Tsallis, y que sirve para describir sistemas complejos que se encuentran fuera del equilibrio, que son los que pueden experimentar cambios espontáneamente; justamente el tipo de situación en el que estaba el universo en aquellas época. Y al parecer, sus cuentas coinciden con las observaciones.

Pero esta no es la única explicación en juego. Astrónomos europeos afirman que el origen de la discrepancia está en otro sitio, en la forma en que tenemos de contabilizar el litio presente en las estrellas antiguas. Los astrónomos la calculan usando un método muy simple: observando la intensidad de las líneas espectrales, las huellas dactilares que dejan los elementos químicos en la luz de las estrellas. A partir de ellas se puede deducir la abundancia que tiene un elemento químico: cuanto más intensa es, mayor es la cantidad que hay. Pues bien, según este equipo de astrónomos, liderado por Andreas Korn de la Universidad de Uppsala (Suecia), estas mediciones pueden inducir a error porque sus observaciones han demostrado que la proporción de litio presente en la atmósfera de las estrellas va descendiendo a medida que envejecen, ya que éste se hunde en el interior por acción de la gravedad. Es como la papada en los seres humanos: la gravedad tira de la cara hacia abajo para acabar formando el clásico “cuello de gallo”.

Pero la cosa no queda aquí. Un grupo de investigadores del Instituto Astrofísico de Andalucía afirma que el litio que no se produjo en la nucleosíntesis primordial se formó en las novas. Al parecer, en esos estallidos se generan enormes cantidades de berilio-7, que decae y se transforma en litio pasados poco más de 50 días. A la luz de este descubrimiento los astrónomos españoles apuntan a que parte del litio que hay en el Universo podría haberse generado en las novas, que aparecen cuando en un sistema binario de estrellas una de ellas es una enana blanca y arranca parte de las capas exteriores de su compañera: entonces la enana blanca estalla en una llamarada termonuclear con la que incrementa su brillo hasta en 100.000 veces.

Por desgracia, y a pesar de todos los esfuerzos por resolverlo, el Universo todavía tiene un problema de litio. O más bien lo tienen nuestras teorías.

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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