Lejos de la Tierra, en la inmensidad del espacio interestelar, existe un tesoro de carbono. Allí, en lo que los científicos denominan el «medio interestelar», se encuentra una amplia gama de moléculas orgánicas, desde hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) con forma de panal hasta esferas de carbono con forma de balón de fútbol.
En un nuevo estudio, un equipo internacional de investigadores, liderado por científicos de la Universidad de Colorado Boulder, ha utilizado experimentos terrestres para recrear la química del espacio profundo. Los resultados del grupo podrían haber revelado pasos clave en los procesos que dan forma a estas moléculas orgánicas a lo largo del tiempo.
Los hallazgos podrían revelar información sobre los componentes básicos que alguna vez formaron el sistema solar terrestre, afirmó Jordy Bouwman, autor principal del estudio. Hace miles de millones de años, nubes de materia similares se condensaron para formar las semillas de lo que se convertiría en nuestro Sol y sus planetas.
«Todos estamos hechos de carbono, por lo que es fundamental saber cómo se transforma el carbono en el universo hasta incorporarse a un sistema planetario como nuestro sistema solar», afirmó Bouwman, profesor asistente del Departamento de Química e investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado Boulder.
La investigación, publicada recientemente en el Journal of the American Chemical Society, arroja luz sobre la formación de una clase de moléculas llamadas fulerenos.
Los fulerenos están formados por átomos de carbono organizados en forma de jaula cerrada. El ejemplo más conocido es el buckminsterfulereno, o buckyball, que recibe su nombre del célebre futurista Richard Buckminster Fuller. Estas moléculas constan de 60 átomos de carbono con forma esférica y guardan un sorprendente parecido con un balón de fútbol reglamentario de la FIFA.
Los fulerenos, incluidos los buckyballs, flotan libremente en el medio interestelar. Sin embargo, los científicos llevan mucho tiempo intentando explicar su origen y su formación.
El nuevo estudio sugiere que la radiación espacial podría contribuir a la transformación de los HAP en fulerenos.
«Esto nos da una pista de que los fulerenos que encontramos en el espacio podrían estar relacionados con estas grandes moléculas aromáticas, que también son abundantes», afirmó Bouwman.
Química espacial en la Tierra
El grupo simuló la química del espacio estudiando dos pequeñas moléculas de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) llamadas antraceno y fenantreno.
Los HAP están compuestos por átomos de carbono dispuestos en una serie de hexágonos, de forma similar a un panal de abejas. Son abundantes en la Tierra, donde se encuentran en el humo, el hollín y otros materiales carbonizados.
«Si dejas un filete en la parrilla demasiado tiempo y se pone negro, contiene HAP», explicó Bouwman. «Son un subproducto nocivo de la combustión».
Primero, los investigadores bombardearon los dos HAP con un haz de electrones. Es similar a lo que ocurre cuando la radiación espacial interactúa con las moléculas del medio interestelar.
Este bombardeo transformó los HAP en nuevas moléculas orgánicas cargadas. Posteriormente, los investigadores introdujeron los productos en un aparato de trampa de iones en una instalación científica llamada Láseres de Electrones Libres para Experimentos Infrarrojos (FELIX). Este centro nacional de investigación, único en su tipo, se encuentra en Nimega, Países Bajos, y cuenta con varios láseres distribuidos en una amplia sala subterránea. Gracias a estos láseres, los investigadores pudieron analizar con precisión la estructura de sus nuevas moléculas.
Se sorprendieron al ver los resultados.
Creación de buckyballs
Bouwman explicó que cuando el equipo bombardeó antraceno y fenantreno con electrones, las moléculas perdieron uno o dos de sus átomos de hidrógeno.
En el proceso, también modificaron radicalmente sus estructuras, como si se desmontara un castillo de Lego y se construyera uno nuevo. En lugar de solo incluir hexágonos, los productos resultantes ahora contenían átomos de carbono dispuestos en forma de hexágonos y pentágonos.
Esta reacción radical nunca se había observado antes, afirmó Bouwman. Aún no se sabe si este tipo de moléculas con pentágonos son comunes en el espacio.
«Fue un resultado muy sorprendente: con solo eliminar uno o dos átomos de hidrógeno, la molécula entera se reorganizó por completo», afirmó Sandra Brünken, coautora del estudio, profesora asociada de la Universidad Radboud y líder de grupo en FELIX.
Los resultados fueron reveladores, en parte porque este tipo de moléculas también son muy fáciles de plegar. (Basta con imaginar un balón de fútbol, compuesto por una mezcla de hexágonos y pentágonos).
En otras palabras, estas moléculas con pentágonos podrían ser la clave para convertir los PAH comunes en buckyballs y otros fulerenos.
Bouwman y Brünken esperan que los astrofísicos tomen nota. Los científicos podrían usar los hallazgos del equipo para comprobar si existen moléculas similares con pentágonos en el espacio profundo, utilizando instrumentos como el Telescopio Espacial James Webb, el telescopio más potente jamás lanzado.
«Pueden tomar nuestros resultados del laboratorio y usarlos como una huella digital para buscar las mismas señales en el espacio», dijo Brünken.
Entre los coautores del nuevo estudio de la Universidad de Colorado Boulder se encuentran los estudiantes de posgrado de LASP, Madison Patch y Rory McClish. Otros coautores incluyen científicos de la Universidad Radboud; la Universidad de Leiden en los Países Bajos; la Universidad París-Este de Créteil en Francia; y la Universidad de Maryland, College Park.
Con información de Journal of the American Chemical Society
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