Polvo estelar más antiguo que el Sol hallado en un meteorito de 1969

Granos presolares en el meteorito Murchison

El meteorito Murchison cayó en Australia el 28 de septiembre de 1969, dispersando fragmentos por una amplia zona del matorral de mallee. En aquel momento, se clasificó como un condrita carbonosa —una categoría relativamente común de meteoritos pétreos, conocidos por preservar compuestos orgánicos volátiles y minerales hidratados—. Pero no fue hasta décadas de cuidadoso estudio que se reveló algo mucho más extraordinario: atrapadas en su matriz hay granos microscópicos que son anteriores al propio Sol.

Se trata de granos presolares, partículas de polvo forjadas en los flujos de salida de estrellas ancianas miles de millones de años antes de que nuestro sistema solar se consolidara a partir de la nebulosa solar. Un estudio de 2020, dirigido por investigadores asociados con el Field Museum de Chicago y publicado a través de EurekAlert!, utilizó firmas de exposición a rayos cósmicos para datar los granos. La mayoría resultaron tener entre 4,6 y 4,9 mil millones de años, aproximadamente contemporáneos con la formación del Sistema Solar. Pero, según reportó el equipo, una fracción significativa se remonta a al menos 5,5 mil millones de años atrás, lo que significa que se formaron en entornos estelares que existieron mucho antes de que el Sol encendiera.

Algunos análisis previos de diferentes tipos de granos encontraron material de hasta 7 mil millones de años, convirtiéndolos en una de las materias sólidas más antiguas conocidas en el sistema solar.

Qué son exactamente los granos presolares

Los granos presolares son diminutos; la mayoría tiene menos de un micrómetro de diámetro. Se condensaron a partir de las capas de gas y polvo en expansión de estrellas moribundas, principalmente gigantes rojas y supernovas, y sobrevivieron el viaje hacia el medio interestelar antes de ser incorporados a la nebulosa protosolar. Debido a que sus firmas isotópicas difieren marcadamente de todo lo demás en el Sistema Solar, solo son identificables mediante espectrometría de masas especializada. No puedes verlos con un telescopio ni siquiera con un microscopio convencional. Su existencia fue predicha en la década de 1960 y confirmada en 1987, cuando los científicos aislaron granos de carburo de silicio del meteorito Murchison que presentaban anomalías en las proporciones isotópicas de nitrógeno y carbono.

Los granos actúan como cápsulas del tiempo. A diferencia de la luz de estrellas distantes, que llega como un espectro mezclado que borra las historias estelares individuales, un grano presolar lleva la huella química de la estrella específica que lo produjo. Diferentes granos provienen de diferentes estrellas progenitoras —algunos de estrellas ricas en carbono en la rama asintótica gigante, otros de supernovas de Tipo II o progenitores de Tipo Ia—. Cada uno es un trozo de astrofísica que puedes sostener en la mano.

Por qué esto importa para la investigación de exoplanetas

Las implicaciones van mucho más allá de la curiosidad por el polvo antiguo. Las condritas carbonosas como Murchison son ampliamente consideradas como el material del que se formaron los planetas terrestres. Si los granos presolares —con sus diversas composiciones isotópicas— están distribuidos de manera heterogénea en el disco protoplanetario, entonces diferentes sistemas planetarios pueden incorporar diferentes proporciones de material presolar dependiendo de dónde y cómo se formen.

Esto tiene un impacto directo en cómo interpretamos los espectros atmosféricos de exoplanetas. El JWST y el próximo Observatorio de Mundos Habitable medirán las composiciones atmosféricas de planetas rocosos y sub-Neptunos a años luz de distancia. Las proporciones isotópicas como D/H o 15N/14N se están utilizando cada vez más como trazadores de la historia de formación planetaria y entrega de volátiles. Pero esas proporciones dependen en parte de la herencia presolar del material inicial. Si un planeta se forma en una región de su disco protoplanetario que estaba relativamente enriquecida o empobrecida en granos presolares en comparación con la nebulosa solar, su firma isotópica global podría verse diferente —no por procesos geológicos posteriores, sino porque los bloques de construcción mismos eran diferentes.

Entender la abundancia y distribución de granos presolares en el sistema solar temprano proporciona por lo tanto una línea base para distinguir entre señales heredadas y procesadas en los datos de exoplanetas.

El problema de los dos telescopios

La investigación descrita en el material fuente destaca un desafío fundamental en la astronomía moderna: cerrar la brecha entre la observación distante y el análisis local. Los astrónomos pueden mapear las capas de polvo alrededor de estrellas evolucionadas con instrumentos como Hubble y ALMA, estudiando los entornos donde se originan los granos presolares. Los científicos planetarios pueden extraer granos individuales de meteoritos y medir su composición isotópica hasta el átomo. Pero conectar ambos —demostrar que un grano específico encontrado en un meteorito provenía de un tipo específico de estrella observada en una nebulosa específica— sigue siendo extraordinariamente difícil.

La nebulosa del Huevo, por ejemplo, se cita a veces como un análogo cercano del tipo de entorno circumstelar polvoroso que produce granos presolares, pero los investigadores advierten contra exagerar la conexión. Ilustra las condiciones; no demuestra el origen de ningún grano en particular. El trabajo que sí conecta granos con fuentes estelares generalmente se basa en comparar anomalías isotópicas con modelos nucleosintéticos en lugar de coincidencias observacionales directas.

Lo que las muestras de Murchison nos han dado no es una imagen completa, sino una parcial —y en la ciencia planetaria, los datos parciales a menudo tienen más peso que las teorías elegantes pero no comprobadas.

Qué sigue

La misión OSIRIS-REx de la NASA devolvió muestras del asteroide Bennu en 2023, y la Hayabusa2 de Japón trajo material de Ryugu. Ambos son asteroides carbonosos similares a los cuerpos parentales que produjeron los meteoritos tipo Murchison. Si el inventario de granos presolares en estas muestras frescas puede compararse directamente con el conjunto de datos de Murchison de décadas pasadas, finalmente podríamos poder acotar cuán uniforme —o cuán variable— fue la distribución del material presolar a través del sistema solar temprano.

Una distribución más homogénea sugeriría una mezcla eficiente en el disco protoplanetario, lo que tiene implicaciones para qué tan rápido y completamente se transportan el momento angular y el material durante la formación planetaria. Una distribución más heterogénea implicaría que las condiciones locales en el disco preservaron reservorios isotópicos distintos, potencialmente llevando a variaciones planeta a planeta en el contenido de volátiles y la química prebiótica.

De cualquier manera, el meteorito Murchison —57 años después de caer— sigue produciendo resultados que transforman nuestra comprensión de dónde vino el sistema solar y, por extensión, hacia dónde podrían estar dirigiéndose otros sistemas planetarios.