¿De dónde viene la luz en el cosmos? La primera molécula del universo despierta para contarnos la verdad

A partir de solo dos partículas elementales —un átomo de helio y un protón— nació la primera molécula de la historia cósmica. Se trata del hidruro de helio (HeH⁺), con el que comenzó toda la química en el universo. Desde su origen, ocurrido cientos de miles de años después del Big Bang, esta partícula fue considerada importante pero, en general, inerte. Sin embargo, una investigación llevada a cabo en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg propone reconsiderar su papel en la evolución temprana del cosmos —y, tal vez, reformular nuestra comprensión sobre el origen mismo de las estrellas.

El estudio se realizó en una instalación experimental única: un anillo de almacenamiento criogénico (CSR), capaz de reproducir condiciones similares a las que existían tras el enfriamiento del océano primordial de plasma. A temperaturas apenas unos grados por encima del cero absoluto, los científicos lograron mantener iones en el vacío y hacerlos colisionar con átomos neutros, exactamente como sucedía en las primeras etapas de la formación de la materia.

En estas condiciones, los investigadores observaron por primera vez cómo HeH⁺ interactuaba con átomos de deuterio —el isótopo pesado del hidrógeno— a temperaturas extremadamente bajas. Se asumía que en ese entorno la molécula sería prácticamente inactiva. Pero las observaciones desmintieron esa expectativa: incluso en condiciones térmicas cercanas al fondo de radiación de la joven universo, HeH⁺ mantenía una alta reactividad.

Esto supuso un golpe a las ideas establecidas. Hasta ahora se creía que HeH⁺ tenía un papel anecdótico, limitado a enfriar el gas y contribuir a la formación del hidrógeno. Sin embargo, los nuevos resultados muestran que esta molécula forma parte de una red compleja de reacciones que desencadenan la formación estelar.

Durante la era de las “edades oscuras cósmicas”, la materia era demasiado caliente y dispersa como para colapsar en estrellas. Para que se iniciara la fusión nuclear, las nubes de materia debían perder calor. Pero el hidrógeno por sí solo no podía emitir energía eficientemente por debajo de los 10 000 °C. Esa función la cumplían moléculas polares como HeH⁺, que poseen un momento dipolar y pueden enfriar el entorno mediante radiación infrarroja.

Además, HeH⁺ jugaba un papel crucial en la síntesis. Al colisionar con hidrógeno atómico, se descompone generando iones que participan en reacciones que dan lugar al hidrógeno molecular (H₂), el principal "material de construcción" de las estrellas. Así, esta molécula ancestral actuaba como un catalizador activo en el origen de toda la materia estelar.

Más allá de los datos experimentales, el trabajo llevó también a una corrección teórica significativa. Junto con Yoann Scribano, los investigadores recalcularon la superficie energética de interacción del HeH⁺ con otras partículas —el modelo que se usa para estimar las probabilidades de reacción. Descubrieron que los cálculos anteriores contenían un error notable que subestimaba la actividad de la molécula. Al corregirlo, fue posible alinear las simulaciones con las observaciones y revisar muchas conclusiones previas.

Ahora, HeH⁺ es visto como un actor clave en la evolución química temprana. Ya no se lo considera un mero paso intermedio, sino un elemento fundamental del que dependió en gran parte el nacimiento de las primeras estrellas. Los nuevos hallazgos confirman que el universo es mucho más complejo de lo que imaginábamos hasta hace poco.

Este descubrimiento demuestra que incluso los elementos más antiguos pueden esconder propiedades desconocidas. Han pasado cientos de millones de años, y HeH⁺ sigue siendo capaz de transformar nuestra visión del universo. Y el vertiginoso avance de la investigación cuántica abre horizontes completamente nuevos para descubrimientos como este.