El Segundo Luz

¿Cómo podemos saber la edad de la Tierra? Finalmente, ha sido el método de la datación radioactiva el que nos ha permitido descubrir que la Tierra comenzó a formarse hace unos 4.500 millones de años. De ello se deduce la edad del Sol en unos 5.000 millones de años y la edad de todo el Sistema Solar. ¿Dónde están las pistas y pruebas definitivas que nos permiten situar el origen de la Tierra a una tan inimaginable distancia temporal?

El método de la datación radioactiva

Se trata de un proceso que nos permite concluir que al menos algunas rocas de la Tierra deben haberse solidificado hace unos 3.500 millones de años, y que los meteoritos que caen a la Tierra desde el espacio interplanetario tienen edades de 4.000 a 4.400 millones de años. Asímismo, las muestras lunares traídas a la Tierra indican edades de un máximo de 3.500 millones de años, de modo que la Luna y la Tierra tienen una antigüedad comparable.

Se puede llegar a conocer la edad de una roca debido a la existencia de determinados núcleos atómicos que son radioactivos por naturaleza y que pueden estar presentes en ella.

La descomposición radioactiva y la vida media

En un núcleo atómico hay dos tipos de partículas: protones y normalmente neutrones. Un elemento químico es un conjunto de átomos que tienen todos el mismo número de protones en su núcleo. Dependiendo del número de neutrones que existan en un núcleo atómico, puede haber distintas configuraciones de los núcleos atómicos de un mismo elemento, algo de lo más común y que les ocurre a la gran mayoría de los elementos químicos. A cada una de estas configuraciones diferentes de partículas en un núcleo atómico se les denomina isótopos. Así, por ejemplo, el hidrógeno, el elemento más sencillo de la naturaleza, tiene tres isótopos, a saber, el hidrógeno (un protón), el deuterio (un protón más un neutrón) y el tritio (un protón más dos neutrones).

Muchos núcleos atómicos tienen una combinación de protones y neutrones que forman una configuración inestable o radiactiva. Estos núcleos  tienden  a  aproximarse a una configuración estable liberando ciertas partículas, denominadas ya desde hace tiempo como partículas alfa y partículas beta.

Una partícula alfa es un núcleo de helio, compuesto por dos protones y dos neutrones. Una partícula beta es un electrón, que se puede absorber o emitir por el núcleo atómico en función de otros mecanismos internos que conducen también a su transformación en otro elemento.

Se define como vida media el tiempo que invierte la mitad de la masa total de una muestra de un isótopo radioactivo en desintegrarse, descomponerse o transfomarse expontaneamente en un núcleo distinto de otro elemento. Un núcleo concreto se puede descomponer en otro emitiendo partículas alfa (núcleos de helio desprovistos de electrones) en lo que se conoce como desintegración alfa, y emitiendo o absorbiendo partículas beta (electrones) en la llamada desintegración beta.

La edad de una roca solidificada se puede determinar por la razón entre el elemento radiactivo madre y el producto de su desintegración en una muestra de esa roca. Concretamente, el isótopo del uranio U²³⁸ se descompone en el isótopo del plomo Pb²⁰⁶, emitiendo ocho partículas alfa en el proceso. El isótopo U²³⁸ tiene una vida media de 4.500 millones de años, esto es, que al cabo de ese tiempo, la mitad de la masa total conjunta de los isótopos de ese elemento se habrá transformado en Pb²⁰⁶. Si tomamos una roca no porosa, las partículas alfa emitidas por el isótopo de uranio no habrán podido escapar, quedando atrapadas en su interior mientras los átomos se combinan con algunos de los electrones que se liberan mientras la carga nuclear disminuye en la descomposicion alfa.

Midiendo la relación que hay entre el U²³⁸ y el Pb²⁰⁶ en el presente dentro de la roca, se puede llegar a estimar la edad de la misma. Evidentemete, debe tomarse en consideración que otras desintegraciones pueden haber tenido lugar simultaneamente. El U²³⁵ se desintegra en Pb²⁰⁷, emitiendo siete partículas alfa en una vida media de 700.000 años.El isótopo del torio Th²³² se desintegra en Pb²⁰⁸ emitiendo seis partículas alfa en una vida media de 13.900 millones de años. El isótopo del rubidio Rb⁸⁷ se trasforma en estroncio Sr⁸⁷ en una vida media de 4.600 millones de años y el potasio K⁴⁰ en Argón Ar⁴⁰ en una vida media de 1.250 millones de años. Para obtener una determinación de la edad de una roca más completa, deben tenerse en cuenta varias de estas desintegraciones. Sólo cuando todas las fechas obtenidas coinciden se puede estar seguro del resultado de la datación de una muestra.

Después de dedicar seis años a medir el brillo y los colores de 200 millones de objetos, los datos de SDSS (o Sloan, como también se le suele llamar) parecen apuntar a que el halo de nuestra galaxia, la Vía Láctea, consta de dos partes bien diferenciadas. Esta podría ser una prueba más de que las grandes galaxias (incluida la nuestra) se forman mediante la colisión de galaxias más pequeñas.

Fuentes: Sky & Telescope y SDSS.

El Sloan Digital Sky Survey (SDSS-I) (Reconocimiento Digital del Cielo de Sloan) recopila los datos de más de 200 millones de objetos abarcando casi la mitad del hemisferio norte, siendo la mayor recopilación de datos de objetos celestes del mundo,  acumulando 15 terabytes de información. El proyecto ha obtenido también los espectros a media resolución de más de 1.200.000 de objetos. Los trabajos finalizaron en julio de 2005, aunque los científicos prosiguen con su estudio del Cosmos con la continuación, el SDSS-II, que tiene previsto completarse en julio de 2008, e incorpora el proyecto SEGUE, Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration (Extensión de Sloan para la Exploración y Entendimiento de la Galaxia).

SEGUE (que como hemos dicho se engloba en SDSS-II) ha determinado hasta ahora la metalicidad de más de 200.000 estrellas del disco y del halo de la Vía Láctea. De este modo que el equipo de SDSS-II, compuesto de científicos japoneses, australianos, italianos y de los EEUU parece haber descubierto que en el halo de nuestra galaxia, la Vía Láctea, existen dos poblaciones estelares bien diferenciadas, tanto por su composición como por su dinámica.

Dentro del halo interior, que es de forma achatada y que alcanza hasta los 50.000 años luz del centro galáctico, las estrellas rotan en el mismo sentido que las estrellas del disco galáctico. Sin embargo, en el halo exterior, más esferoidal y que alcanza hasta los 65.000 años luz del centro galáctico, las estrellas tienden a moverse en la dirección contraria, pero al doble de velocidad que las estrellas del halo interior. La metalicidad de estas extrellas del halo exterior tienen, además, una metalicidad inferior a las estrellas del halo interior. La metalicidad de las estrellas se mide por la abundancia de los elementos más complejos que el hidrógeno (H) y el helio (He). Estos elementos más complejos se forman principalmente en las estrellas, por lo que la carencia de ellos se asocia con una mayor longevidad, ya que esas estrellas se habrían formado de un gas menos metálico, esto es, más parecido al que existía cuando se formó el universo después del Big Bang. En la gran explosión supuestamente, y según cada vez un mayor número de datos observacionales, se originó el Cosmos.

Debido a la existencia de estas dos poblaciones de estrellas tan diferentes en zonas distintas de halo de nuestra galaxia, los investigadores especulan con que la Vía Láctea, durante su proceso de formación, fue colisionando con sistemas estelares más pequeños, que habrían quedado absorbidos por ella, dispersándose las estrellas que los componían. Pero reconocen que la cadena de los acontecimientos es muy difícil siquiera de intuir.

La naturaleza dual del halo de la Vía Láctea se determinó basándose en las mediciones de 20.000 estrellas. SEGUE espera multiplicar por 10 el número de datos, con lo que se cree que llegarán a obtenerse muchas más sorpresas.

• Los datos del SDSS se pueden consultar en castellano en este enlace: SkyServer.
• Para aprender más sobre SEGUE (en inglés).