Una estudiante ha creado polvo cósmico en el laboratorio y podría haber revelado cómo surgieron los ingredientes de la vida en la Tierra

El origen de los ingredientes químicos que hicieron posible la vida sigue siendo uno de los grandes interrogantes de la ciencia. Mucho antes de que existieran océanos, continentes o una atmósfera respirable, la Tierra recibió una lluvia constante de materiales procedentes del espacio. Micrometeoritos, cometas y polvo interestelar transportaron compuestos ricos en carbono que hoy se consideran fundamentales para la química de la vida. Entender cómo se formaron esos compuestos y qué procesos los moldearon es clave para reconstruir los primeros capítulos de nuestra historia planetaria.

Un trabajo reciente publicado en The Astrophysical Journal propone una vía inesperada para abordar esta cuestión: fabricar polvo cósmico en el laboratorio bajo condiciones controladas que imitan el entorno de estrellas envejecidas y regiones donde nacen nuevos sistemas solares. El estudio, liderado por Linda R. Losurdo junto con David R. McKenzie, no solo logra reproducir materiales muy similares a los encontrados en meteoritos y cometas, sino que además ofrece una herramienta para distinguir los procesos físicos que han marcado su evolución en el espacio.

El polvo cósmico como archivo químico del universo

El polvo cósmico no es un residuo sin importancia. Está formado por redes orgánicas amorfas ricas en carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, los llamados elementos CHON, que aparecen una y otra vez en los compuestos asociados a la vida. Según describe el propio artículo científico, se trata de materiales que “están bien descritos como una red amorfa unida covalentemente, cuya estructura refleja las influencias clave de su formación” . En otras palabras, cada grano de polvo conserva un registro físico y químico de los procesos que lo originaron.

Estos granos se forman en entornos extremos, como las envolturas de estrellas gigantes rojas o los restos de supernovas, donde iones energéticos, radiación ultravioleta y altas temperaturas actúan de forma simultánea. Con el tiempo, el polvo se desplaza por el medio interestelar, se incorpora a nubes moleculares y acaba formando parte de cometas, asteroides y, eventualmente, planetas. Parte de ese material terminó cayendo sobre la Tierra primitiva, aportando una riqueza química previa a la biología.

El problema es que, hasta ahora, resultaba muy difícil saber qué procesos habían sido más importantes en la formación de ese polvo. ¿Había sido moldeado sobre todo por impactos de partículas energéticas o por largos periodos de calentamiento? Distinguir ambos efectos en muestras reales era una tarea pendiente.

Recrear el espacio dentro de un laboratorio terrestre

El experimento desarrollado por Losurdo y McKenzie parte de una idea sencilla pero ambiciosa: simular el entorno espacial en un recipiente de vidrio. Para ello, evacuaron el aire de un reactor hasta alcanzar presiones extremadamente bajas, comparables a las del espacio interestelar. Después introdujeron una mezcla de gases —nitrógeno, dióxido de carbono y acetileno— elegida para reproducir una composición rica en carbono y compatible con la química observada en el cosmos.

La clave del proceso es la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje, del orden de 10.000 voltios. Esta descarga genera un plasma, un estado de la materia en el que los átomos y moléculas están ionizados. En ese entorno, las moléculas se fragmentan y se recombinan, formando estructuras cada vez más complejas que acaban depositándose como una fina capa de polvo sobre pequeñas obleas de silicio.

El propio paper explica que este método permite reproducir condiciones no equilibradas, similares a las que se dan cuando un grano de polvo es golpeado por una partícula energética en el espacio. Ese impacto provoca un “evento de pico térmico transitorio fuera del equilibrio”, un aumento de temperatura muy localizado y breve, radicalmente distinto de un calentamiento uniforme y prolongado.

Dos procesos físicos, dos huellas distintas

Una de las aportaciones más importantes del estudio es la distinción clara entre dos mecanismos que afectan al polvo cósmico. Por un lado está el bombardeo iónico, asociado a impactos de partículas energéticas que desencadenan esos picos térmicos locales. Por otro, el recocido térmico, un calentamiento más lento y homogéneo que puede ocurrir cuando el polvo permanece cerca de una estrella o es enterrado en el interior de un cuerpo mayor.

Ambos procesos modifican la estructura del material, pero lo hacen de forma diferente. El artículo señala que el bombardeo iónico “crea un evento de pico térmico fuera del equilibrio”, mientras que el recocido es “un proceso cercano al equilibrio bajo condiciones ambientales locales” . Esta diferencia es crucial porque determina qué enlaces químicos se rompen, cuáles se refuerzan y qué tipos de estructuras dominan el material final.

Las imágenes de microscopía electrónica incluidas en el trabajo muestran cambios claros en la morfología del polvo. Bajo un bombardeo intenso, las partículas tienden a compactarse y suavizar su superficie. En condiciones más suaves, conservan una textura más rugosa y agregada. Tras el recocido térmico, muchas partículas desaparecen visualmente, integrándose en una película más homogénea.

La huella infrarroja de la química interestelar

Para analizar la composición del polvo fabricado, los investigadores recurrieron a la espectroscopía infrarroja, una técnica que permite identificar los tipos de enlaces químicos presentes en un material. Cada enlace vibra de una forma característica y deja una señal específica en el espectro, una especie de huella dactilar molecular.

El estudio generó una base de datos con 72 espectros infrarrojos obtenidos bajo distintas condiciones de bombardeo y temperatura. Visualmente, muchos de esos espectros se parecen a los observados en polvo cósmico real, con señales asociadas a enlaces carbono–hidrógeno, carbono–oxígeno y carbono–nitrógeno. El propio artículo destaca que estas redes orgánicas amorfas “unifican ideas previas sobre el polvo cósmico al abarcar características de distintos tipos de materiales orgánicos” .

Sin embargo, distinguir qué proceso había dominado en cada caso seguía siendo complejo. Las señales se superponen y los cambios son sutiles. Para resolver este problema, el equipo aplicó un enfoque estadístico poco habitual en este contexto.

Cuando las matemáticas ayudan a leer la historia del polvo

La herramienta clave fue el análisis de componentes principales, un método matemático que permite identificar patrones dominantes en conjuntos de datos complejos. En este caso, sirvió para separar las variaciones debidas al bombardeo iónico de las asociadas al recocido térmico.

El resultado es notable: el primer componente principal se correlaciona claramente con la intensidad del bombardeo, mientras que el segundo lo hace con la temperatura de recocido. El artículo afirma que “el primer componente principal se correlaciona con la intensidad del bombardeo iónico durante la síntesis y el segundo con la temperatura de recocido” . De este modo, cada espectro puede situarse en un mapa que indica qué procesos ha experimentado el material.

Implicaciones para el origen de la vida en la Tierra

Más allá de la metodología, el estudio tiene consecuencias directas para el debate sobre el origen de la vida. Entre hace unos 3.500 y 4.500 millones de años, la Tierra fue bombardeada por grandes cantidades de material extraterrestre. Parte de ese material contenía redes orgánicas complejas que ya incorporaban los elementos esenciales para la química prebiótica.

Comprender cómo se formaron esas redes ayuda a evaluar qué tan avanzados estaban esos compuestos antes de llegar a nuestro planeta. El trabajo sugiere que procesos violentos, como el bombardeo iónico en entornos estelares, pueden generar estructuras ricas en anillos aromáticos y enlaces estables, mientras que el calentamiento prolongado tiende a eliminar grupos más frágiles.

Esto implica que algunos de los materiales que llegaron a la Tierra primitiva ya estaban químicamente evolucionados, listos para participar en reacciones más complejas una vez en contacto con agua y otras condiciones locales.

Mirar hacia los asteroides y más allá

Uno de los objetivos explícitos del estudio es aplicar esta metodología a muestras reales, como las traídas recientemente de asteroides cercanos a la Tierra. El propio artículo señala que las curvas obtenidas podrían servir como “herramientas diagnósticas potenciales para descubrir influencias formativas pasadas en el polvo cósmico” .

A más largo plazo, la creación de una biblioteca de huellas infrarrojas permitirá a los astrónomos analizar regiones distantes del espacio con telescopios como el James Webb. De ese modo, será posible inferir condiciones físicas en lugares donde nacen estrellas y planetas, sin necesidad de viajar hasta allí.

En última instancia, recrear polvo cósmico en un laboratorio terrestre no es solo un ejercicio técnico. Es una forma de conectar procesos estelares, química interestelar y el origen de la vida, mostrando que incluso los materiales más diminutos pueden contener pistas decisivas sobre nuestra propia existencia.