Abundancia de los elementos químicos en el Universo

¿De qué está hecho el Universo?

Los elementos que conocemos —la materia ordinaria formada por protones, neutrones y electrones— representan solo una pequeña parte del Universo. Según las observaciones cosmológicas, apenas el 4 % del Universo es materia visible, esa que forma las estrellas, planetas y seres vivos. El resto está compuesto por energía oscura (73 %) y materia oscura (23 %), dos “ingredientes” misteriosos que aún no hemos detectado directamente, pero que los científicos estudian con mucho interés.

La materia visible, llamada materia bariónica, se encuentra principalmente en estrellas y nubes de gas interestelar, donde los átomos pueden estar neutros o ionizados formando plasma. Sin embargo, existen formas de materia más exóticas en objetos astrofísicos extremos, como las densas enanas blancas y estrellas de neutrones.

El hidrógeno es el elemento más abundante en el Universo, seguido por el helio. Curiosamente, el siguiente elemento más común no es el que sigue en la tabla periódica: es el oxígeno, aunque su número atómico es 8. Los demás elementos son mucho menos frecuentes.

La abundancia de los elementos ligeros —como hidrógeno, helio y litio— se explica muy bien por el modelo cosmológico estándar, ya que se formaron en los primeros minutos después del Big Bang, en un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Los elementos más pesados aparecieron mucho después, dentro de las estrellas, gracias a procesos de fusión nuclear.

Por ejemplo, el helio-3 es un isótopo raro en la Tierra pero muy buscado para la investigación en fusión nuclear, y se cree que puede ser más abundante en la Luna. El helio también se genera continuamente en el interior de las estrellas durante la fusión del hidrógeno, a través de procesos como la cadena protón-protón y el ciclo CNO.

Se estima que hidrógeno y helio constituyen alrededor del 98 % de toda la materia bariónica del Universo (74 % y 24 %, respectivamente). Aunque los elementos “pesados” representan solo el 2 % de la masa del disco galáctico, su impacto en la evolución y la dinámica estelar es enorme.

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Los 10 elementos más comunes en la Vía Láctea (por masa, en partes por millón):

Z	Elemento	Fracción (ppm)
1	Hidrógeno	739,000
2	Helio	240,000
8	Oxígeno	10,400
6	Carbono	4,600
10	Neón	1,340
26	Hierro	1,090
7	Nitrógeno	960
14	Silicio	650
12	Magnesio	580
16	Azufre	440

En astronomía, se llaman “metales” a todos los elementos distintos de hidrógeno, helio y litio, ya que estos últimos son los únicos que existen naturalmente sin necesidad de ser formados en el interior de las estrellas. Por eso, la “metalicidad” de una galaxia o estrella nos habla sobre su historia y actividad estelar.