El carbono de nuestros cuerpos probablemente salió de la galaxia y regresó en una “cinta transportadora” cósmica

La vida en la Tierra no podría existir sin el carbono, pero el carbono en sí no podría existir sin las estrellas. Casi todos los elementos, excepto el hidrógeno y el helio (incluidos el carbono, el oxígeno y el hierro), sólo existen porque se forjaron en hornos estelares y luego fueron arrojados al cosmos cuando sus estrellas murieron. En un acto supremo de reciclaje galáctico, planetas como el nuestro se forman incorporando a su composición estos átomos construidos por estrellas, ya sea el hierro del núcleo de la Tierra, el oxígeno de su atmósfera o el carbono en nuestros cuerpos humanos.

Un equipo de científicos de Estados Unidos y Canadá confirmó recientemente que el carbono y otros átomos formados en estrellas no se quedan vagando por el espacio hasta que se los aprovecha para nuevos usos. En galaxias como la nuestra, que todavía están formando activamente nuevas estrellas, estos átomos emprenden un viaje tortuoso. Giran alrededor de su galaxia de origen en corrientes gigantes que se extienden hasta el espacio intergaláctico. Estas corrientes, conocidas como el medio circungaláctico, se parecen a cintas transportadoras gigantes que empujan el material hacia afuera y lo atraen hacia el interior galáctico, donde la gravedad y otras fuerzas pueden ensamblar estas materias primas para formar planetas, lunas, asteroides, cometas e incluso nuevas estrellas.

“Pensemos en el medio circungaláctico como una gigantesca estación de tren: constantemente está expulsando material y atrayéndolo hacia el interior”, dijo Samantha Garza, miembro del equipo y candidata a doctorado de la Universidad de Washington. “Los elementos pesados ​​que forman las estrellas son expulsados ​​de su galaxia anfitriona y hacia el medio circungaláctico, a través de sus muertes explosivas en supernovas, donde eventualmente pueden ser retraídos hacia el interior y continuar el ciclo de formación de estrellas y planetas”.

Nada se pierde, todo se transforma

Garza es la autora principal de un artículo que describe estos hallazgos y que se publicó el 27 de diciembre en Astrophysical Journal Letters.

¿Fue Carl Sagan quien utilizó la imagen como un inmenso océano, y la Tierra como una playa a la que llegaban elementos cósmicos, por ejemplo de las estrellas, que iban y venían al compás de las mareas universales?

“Las implicaciones para la evolución de las galaxias, y para la naturaleza, de la reserva de carbono disponible para la formación de nuevas estrellas son apasionantes”, afirmó la coautora Jessica Werk, profesora de la UW y directora del Departamento de Astronomía. “¡Es muy probable que el mismo carbono presente en nuestros cuerpos haya pasado una cantidad significativa de tiempo fuera de la galaxia!”.

En 2011, un equipo de científicos confirmó por primera vez la teoría, sostenida durante mucho tiempo, de que las galaxias en las que se forman estrellas, como la nuestra, están rodeadas por un medio circungaláctico, y que esta gran nube de material circulante incluye gases calientes enriquecidos con oxígeno. Garza, Werk y sus colegas descubrieron que en el medio circungaláctico de las galaxias en las que se forman estrellas también circula material de menor temperatura, como el carbono.

“Ahora podemos confirmar que el medio circungaláctico actúa como un gigantesco depósito tanto de carbono como de oxígeno”, afirmó Garza. “Y, al menos en las galaxias en las que se forman estrellas, creemos que este material vuelve a caer al interior de la galaxia para continuar el proceso de reciclaje”.

El estudio del medio circungaláctico podría ayudar a los científicos a entender cómo se produce este proceso de reciclaje, lo que sucederá eventualmente en todas las galaxias, incluso la Vía Láctea. Una teoría es que una desaceleración o ruptura de la contribución del medio circungaláctico al proceso de reciclaje, puede explicar por qué las poblaciones estelares de una galaxia disminuyen durante largos períodos de tiempo.

“Si puedes mantener el ciclo activo —expulsando material y atrayéndolo de nuevo— entonces, en teoría, tienes suficiente combustible para mantener la formación de estrellas”, aseveró Garza.

El texto en inglés de la imagen previa, señala que “El Hubble explora el halo invisible de una galaxia. La luz de un cuásar distante brilla a través del halo gaseoso invisible de una galaxia en primer plano. Los elementos del halo absorben ciertas frecuencias de luz. Se vuelven detectables y pueden usarse para medir la masa del halo”.

Para este estudio, los investigadores utilizaron el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos del Telescopio Espacial Hubble. El espectrógrafo midió cómo la luz de nueve cuásares distantes (fuentes de luz ultrabrillantes en el cosmos) se ve afectada por el medio circungaláctico de 11 galaxias formadoras de estrellas. Las lecturas del Hubble indicaron que parte de la luz de los cuásares estaba siendo absorbida por un componente específico del medio circungaláctico: carbono, y mucho carbono. En algunos casos, detectaron carbono extendiéndose casi 400.000 años luz (o cuatro veces el diámetro de nuestra propia galaxia) hacia el espacio intergaláctico.

Serán necesarias más investigaciones para cuantificar la cantidad total de los demás elementos que componen el medio circungaláctico y comparar, en mayor medida, cómo difieren sus composiciones entre las galaxias que aún están formando grandes cantidades de estrellas y las galaxias que prácticamente han dejado de formar estrellas. Esas respuestas podrían arrojar luz no sólo sobre cuándo galaxias como la nuestra se transforman en desiertos estelares, sino también sobre por qué.

Los coautores del artículo son Trystyn Berg, investigador del Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica Herzberg en Columbia Británica; Yakov Faerman, investigador posdoctoral en astronomía de la UW; Benjamin Oppenheimer, investigador de la Universidad de Colorado en Boulder; Rongmon Bordoloi, profesor adjunto de física en la Universidad Estatal de Carolina del Norte; y Sara Ellison, profesora de física y astronomía en la Universidad de Victoria. La investigación fue financiada por la NASA y la National Science Foundation de Estados Unidos.

• El paper The CIViL* Survey: The Discovery of a C iv Dichotomy in the Circumgalactic Medium of L* Galaxies*, fue publicado en The Astrophysical Journal Letters. Autores: Samantha L. Garza, Jessica K. Werk, Trystyn A. M. Berg, Yakov Faerman, Benjamin D. Oppenheimer, Rongmon Bordoloi, and Sara L. Ellison. Published 2024 December 27 • © 2024. The Author(s). Published by the American Astronomical Society. The Astrophysical Journal Letters, Volume 978, Number 1 Citation Samantha L. Garza et al 2025 ApJL 978 L12 DOI 10.3847/2041-8213/ad9c69

English version

#

The carbon in our bodies probably left the galaxy and came back on cosmic ‘conveyer belt’

#

Life on Earth could not exist without carbon. But carbon itself could not exist without stars. Nearly all elements except hydrogen and helium — including carbon, oxygen and iron — only exist because they were forged in stellar furnaces and later flung into the cosmos when their stars died. In an ultimate act of galactic recycling, planets like ours are formed by incorporating these star-built atoms into their makeup, be it the iron in Earth’s core, the oxygen in its atmosphere or the carbon in the bodies of Earthlings.

A team of scientists based in the United States and Canada recently confirmed that carbon and other star-formed atoms don’t just drift idly through space until they are dragooned for new uses. For galaxies like ours, which are still actively forming new stars, these atoms take a circuitous journey. They circle their galaxy of origin on giant currents that extend into intergalactic space. These currents — known as the circumgalactic medium — resemble giant conveyer belts that push material out and draw it back into the galactic interior, where gravity and other forces can assemble these raw materials into planets, moons, asteroids, comets and even new stars.

“Think of the circumgalactic medium as a giant train station: It is constantly pushing material out and pulling it back in,” said team member Samantha Garza, a University of Washington doctoral candidate. “The heavy elements that stars make get pushed out of their host galaxy and into the circumgalactic medium through their explosive supernovae deaths, where they can eventually get pulled back in and continue the cycle of star and planet formation.”

Garza is lead author on a paper describing these findings that was published Dec. 27 in the Astrophysical Journal Letters.

“The implications for galaxy evolution, and for the nature of the reservoir of carbon available to galaxies for forming new stars, are exciting,” said co-author Jessica Werk, UW professor and chair of the Department of Astronomy. “The same carbon in our bodies most likely spent a significant amount of time outside of the galaxy!”

In 2011, a team of scientists for the first time confirmed the long-held theory that star-forming galaxies like ours are surrounded by a circumgalactic medium — and that this large, circulating cloud of material includes hot gases enriched in oxygen. Garza, Werk and their colleagues have discovered that the circumgalactic medium of star-forming galaxies also circulates lower-temperature material like carbon.

“We can now confirm that the circumgalactic medium acts like a giant reservoir for both carbon and oxygen,” said Garza. “And, at least in star-forming galaxies, we suggest that this material then falls back onto the galaxy to continue the recycling process.”

Studying the circumgalactic medium could help scientists understand how this recycling process subsides, which will happen eventually for all galaxies — even ours. One theory is that a slowing or breakdown of the circumgalactic medium’s contribution to the recycling process may explain why a galaxy’s stellar populations decline over long periods of time.

“If you can keep the cycle going — pushing material out and pulling it back in — then theoretically you have enough fuel to keep star formation going,” said Garza.

For this study, the researchers used the Cosmic Origins Spectrograph on the Hubble Space Telescope. The spectrograph measured how light from nine distant quasars — ultra-bright sources of light in the cosmos — is affected by the circumgalactic medium of 11 star-forming galaxies. The Hubble readings indicated that some of the light from the quasars was being absorbed by a specific component in the circumgalactic medium: carbon, and lots of it. In some cases, they detected carbon extending out almost 400,000 light years — or four times the diameter of our own galaxy — into intergalactic space.

Future research is needed to quantify the full extent of the other elements that make up the circumgalactic medium and to further compare how their compositions differ between galaxies that are still making large amounts of stars and galaxies that have largely ceased star formation. Those answers could illuminate not just when galaxies like ours transition into stellar deserts, but why.

Co-authors on the paper are Trystyn Berg, research fellow at the Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre in British Columbia; Yakov Faerman, a UW postdoctoral researcher in astronomy; Benjamin Oppenheimer, a research fellow at the University of Colorado Boulder; Rongmon Bordoloi, assistant professor of physics at North Carolina State University; and Sara Ellison, professor of physics and astronomy at the University of Victoria. The research was funded by NASA and the National Science Foundation.

• The paper The CIViL* Survey: The Discovery of a C iv Dichotomy in the Circumgalactic Medium of L* Galaxies, was published in The Astrophysical Journal Letters. Authors: Samantha L. Garza, Jessica K. Werk, Trystyn A. M. Berg, Yakov Faerman, Benjamin D. Oppenheimer, Rongmon Bordoloi & Sara L. Ellison. Published 2024 December 27 • © 2024. The Author(s). Published by the American Astronomical Society. The Astrophysical Journal Letters, Volume 978, Number 1 Citation Samantha L. Garza et al 2025 ApJL 978 L12 DOI 10.3847/2041-8213/ad9c69