Para pensar, construir y utilizar la Stardust trabajan juntos astrofísicos, astroquímicos,  ingenieros, físicos moleculares, expertos en ciencia de superficies, en vacío, en espectroscopía,  en química cuántica, en física del plasma… Todos juntos esperan, mientras se construye esta máquina en los laboratorios del ICMM, poder acercarse un poco más a las respuestas de cómo se forman las nanopartículas que constituyen los granos de polvo interestelar y cuáles son los procesos básicos que generan la complejidad química que observamos en nuestro planeta y en el espacio.
Stardust, la máquina estrella de NANOCOSMOS, está en su fase final de montaje y se está empezando a crear nanopartículas de polvo gemelas a las que nacen en las envolturas de las estrellas moribundas.

Estrella muere: polvo nace

El medio interestelar. Una zona cualquiera del espacio en la que la existencia de moléculas parecería imposible si no fuera porque ahí es donde empieza todo. Al principio, las nubes moleculares del medio interestelar son muy tenues. Tienen muy poca materia (una cantidad ínfima de moléculas y de polvo). Pero estas nubes empiezan a compactarse y la materia acaba colapsando, formando condensaciones que pueden acabar generando estrellas cuando la densidad y la temperatura del gas permiten activar las reacciones nucleares.
Algunas estrellas tendrán poca masa y otras mucha, y es precisamente eso, su masa, lo que determinará la duración de su vida y la forma en que mueren. Las más masivas (con más de ocho masas solares) tras quemar todo el hidrógeno de su núcleo, acabarán estallando como supernovas, esparciendo al medio interestelar la mayor parte de su masa. Las estrellas más parecidas a nuestro Sol (con una masa de entre una y ocho masas solares) tendrán una vida mucho más larga, de miles de millones de años. Al final de su vida, la estrella atravesará una serie de fases que irán haciendo que aumente su tamaño en cientos de veces, para acabar “diluyéndose” en el medio interestelar, dejando en el centro una estrella enana blanca rodeada de gas y polvo.

Stardust, la revelación

A pesar de que existe la tecnología para producir pequeños agregados de átomos individuales, la máquina es única por su capacidad para analizar la interacción de esos minúsculos granos de polvo con la otra componente del material eyectado, que es el gas molecular.

En el interior de esta máquina se recrean algunos de los procesos químicos que dan lugar a la formación de granos de polvo en una de las últimas fases de evolución de estrellas de tipo solar (aunque, mediante la variación de la composición química inicial, los investigadores del programa también pretenden explorar la formación de polvo en condiciones de supernova).
Dentro de la Stardust se aplican temperaturas similares a las que se dan en la zona de formación de polvo de estas estrellas evolucionadas, se emula la presión de radiación emitida por la propia estrella y se enfría para imitar la llegada al medio interestelar.
La primera pieza de la máquina, que es modular, da lugar al “nacimiento” de un análogo de grano de polvo. Una vez “fabricada”, la nanopartícula, que puede variar en tamaño y composición, inicia un viaje por el interior de la máquina y pasa por todos los episodios que vive un grano de polvo estelar.
Los ingredientes para crear el análogo de polvo son, esencialmente, hierro, titanio, silicio, carbono y oxígeno. Además, mediante el uso de medidores de flujo adecuados, pueden introducirse moléculas en fase de gas en la proporción deseada (hidrógeno, carbono, nitrógeno, azufre y otros elementos en forma de moléculas como H2, CO, C2H2, CH4, H2O), ya sea en la zona de formación de polvo o después, para ver cómo reacciona dicho gas con las nanopartículas.
Las nanopartículas también pueden exponerse a radiación UV para simular el procesado del polvo en regiones de fotodisociación, estudiando los efectos de dichas interacciones.
La máquina obtiene datos espectroscópicos de estas especies moleculares para estudiar las propiedades de estos diminutos granos sin que tengan que extraerse de la máquina, evitando así su contaminación por la atmósfera.
Finalmente, las moléculas se recogen y se caracterizan in situ mediante técnicas de ciencia de superficies para determinar su reactividad antes de exponerse al aire. En algunos casos, las nanopartículas recogidas en las cámaras de simulación se inyectarán de nuevo en fase gaseosa para llevar a cabo estudios cinéticos, de procesamiento y espectroscópicos.
Las nanopartículas resultantes también pueden transportarse, moviéndose entre los diferentes equipos y servicios de análisis, ya que hay una gran variedad de técnicas, disponibles en las diferentes instituciones y universidades implicadas en el proyecto, que se aplicarán a las nanopartículas para poder estudiarlas. Entre otras instituciones, se llevarán hasta Toulouse, donde otro grupo participante en el proyecto realizará estudios complementarios.
Gracias a Stardust podremos profundizar en nuestro conocimiento sobre los procesos químicos de crecimiento de los granos de polvo y observar los cambios de la composición del gas en escalas de tiempo del orden de segundos/minutos trabajando a baja presión. El proyecto espera así obtener información sobre los procesos que llevan a la complejidad química del Universo.