Fuente: Sección Cometaria de
la Liga Iberoamericana de Astronomía
C/2021 A1 (Leonard) Michael Mattiazzo.
Un estudio ha resuelto un
misterio de 90 años al probar el mecanismo por el cual el dicarbono o «cabono
diatómico», el químico que hace que las cabezas o «comas» de algunos cometas
sean de color verdes, es descompuesto por la luz solar.
Esto explica por qué el color verde vibrante nunca llega a la cola del cometa.
De vez en cuando, el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort lanzan bolas de nieve
galácticas formadas por hielo, polvo y rocas: restos de la formación del
sistema solar de 4.600 millones de años.
Estas bolas de nieve, o como las conocemos, cometas, atraviesan una
metamorfosis colorida a medida que cruzan el cielo, y las cabezas de muchos
cometas se vuelven de un color verde radiante que se vuelve más brillante a
medida que se acercan al Sol. Pero extrañamente, este tono verde desaparece
antes de llegar a una o dos colas que se arrastran detrás del cometa.
Este misterio ha intrigado a astrónomos, científicos y químicos durante casi un
siglo. En la década de 1930, el físico Gerhard Herzberg teorizó que el fenómeno
se debía a que la luz solar destruía el carbono diatómico (también conocido
como dicarbono o C2), una sustancia química creada a partir de la interacción
entre la luz solar y la materia orgánica presente en la cabeza del cometa, pero
como el dicarbono no es estable , esta teoría ha sido difícil de probar.
Un nuevo estudio dirigido por UNSW Sydney, publicado hoy en Proceedings of the
National Academy of Sciences (PNAS), finalmente encontró una manera de probar
esta reacción química en un laboratorio, y al hacerlo, demostró que este hombre
de 90 años teoría correcta. «Hemos probado el mecanismo por el cual la luz solar
descompone el dicarbono», dice Timothy Schmidt, profesor de química en UNSW
Science y autor principal del estudio.
«Esto explica por qué la coma verde, la capa difusa de gas y polvo que rodea el
núcleo, se encoge a medida que el cometa se acerca al Sol, y también por qué la
cola del cometa no es verde».
El jugador clave en el centro del misterio, el dicarbono, es altamente reactivo
y responsable de dar a muchos cometas su color verde. Está formado por dos
átomos de carbono pegados y solo se puede encontrar en entornos extremadamente
energéticos o con poco oxígeno, como estrellas, cometas y el medio
interestelar.
El dicarbono no existe en los cometas hasta que se acercan al Sol. A medida que
el Sol comienza a calentar el cometa, la materia orgánica que vive en el núcleo
helado se evapora y pasa a la coma. La luz del sol luego rompe estas moléculas
orgánicas más grandes, creando carbono diatómico.
El equipo dirigido por la UNSW ahora ha demostrado que a medida que el cometa
se acerca aún más al Sol, la radiación ultravioleta extrema rompe las moléculas
de dicarbono que creó recientemente en un proceso llamado «fotodisociación».
Este proceso destruye el dicarbono antes de que pueda alejarse del núcleo, lo
que hace que la coma verde se vuelva más brillante y se encoja, y asegura que
el tinte verde nunca llegue a la cola.
Esta es la primera vez que se estudia esta interacción química aquí en la
Tierra. «Me parece increíble que alguien en la década de 1930 pensara que esto
es probablemente lo que está sucediendo, hasta el nivel de detalle del
mecanismo de cómo estaba sucediendo, y luego, 90 años después, descubrimos que
es lo que está sucediendo», dice Jasmin Borsovszky,
autor principal del estudio y exalumno de Honores en Ciencias de la UNSW.
«Herzberg fue un físico increíble y ganó un Premio Nobel de Química en la
década de 1970. Es muy emocionante poder probar una de las cosas que teorizó».
El Prof. Schmidt, que ha estado estudiando el dicarbono durante 15 años, dice
que los hallazgos nos ayudan a comprender mejor tanto el dicarbono como los
cometas. «El dicarbono proviene de la ruptura de moléculas orgánicas más
grandes congeladas en el núcleo del cometa, el tipo de moléculas que son los
ingredientes de la vida», dice. «Al comprender su vida útil y destrucción, podemos
comprender mejor la cantidad de material orgánico que se evapora de los
cometas. Descubrimientos como estos podrían algún día ayudarnos a resolver
otros misterios espaciales».
Un espectáculo de láser como ningún otro.
Para resolver este rompecabezas, el equipo necesitaba recrear el mismo proceso
químico galáctico en un entorno controlado en la Tierra. Lo lograron con la
ayuda de una cámara de vacío, muchos láseres y una poderosa reacción cósmica.
«Primero tuvimos que hacer esta molécula que es demasiado reactiva para
almacenar en una botella», dice el Prof. Schmidt. «No es algo que podamos
comprar en las tiendas. Hicimos esto tomando una molécula más grande, conocida
como percloroetileno o C2Cl4, y haciendo estallar sus átomos de cloro (Cl) con
un láser ultravioleta de alta potencia». Se enviaron moléculas que viajaban a
través de un haz de gas en una cámara de vacío, que tenía alrededor de dos
metros de largo. Luego, el equipo apuntó otros dos láseres ultravioleta hacia el
dicarbono: uno para inundarlo con radiación, el otro para hacer que sus átomos
fueran detectables. La radiación golpeó desgarró el dicarbono, enviando sus
átomos de carbono volando hacia un detector de velocidad.
Al analizar la velocidad de estos átomos que se mueven rápidamente, el equipo
pudo medir la fuerza del enlace de carbono en aproximadamente uno en 20.000,
que es como medir 200 metros al centímetro más cercano.
La Sra. Borsovszky dice que debido a la complejidad del experimento, les tomó
nueve meses antes de que pudieran hacer su primera observación. «Estábamos a
punto de darnos por vencidos», dice. Tomó mucho tiempo asegurarse de que todo
estuviera alineado con precisión en el espacio y el tiempo. «Los tres láseres
eran todos invisibles, por lo que hubo muchas punzadas en la oscuridad,
literalmente».
El Prof. Schmidt dice que esta es la primera vez que alguien ha observado esta
reacción química. «Es extremadamente satisfactorio haber resuelto un enigma que
se remonta a la década de 1930».
Resolviendo misterios espaciales.
Hay alrededor de 3700 cometas conocidos en el sistema solar, aunque se sospecha
que podría haber miles de millones más. En promedio, el núcleo de un cometa
tiene la friolera de 10 kilómetros de ancho, pero su coma suele ser 1.000 veces
más grande. Los cometas brillantes pueden ofrecer espectáculos espectaculares
para aquellos que tienen la suerte de verlos.
Pero en el pasado, los cometas podrían haber hecho más que eso por la Tierra;
de hecho, una de las teorías sobre el origen de la vida es que los cometas una
vez entregaron los componentes básicos de la vida justo en nuestra puerta.
«Esta emocionante investigación nos muestra cuán complejos son los procesos en
el espacio interestelar», dice el profesor Martin van Kranendonk, astrobiólogo
y geólogo de la UNSW que no participó en el estudio. «La Tierra primitiva
habría experimentado un revoltijo de diferentes moléculas con carbono que
llegaban a su superficie, lo que permitió que ocurrieran reacciones aún más
complejas en el período previo a la vida». Ahora que se ha resuelto el caso de
la cola verde faltante en los cometas, el profesor Schmidt, especialista en
química espacial, quiere seguir resolviendo otros misterios espaciales. A
continuación, espera investigar bandas interestelares difusas: patrones de
líneas oscuras entre estrellas que no coinciden con ningún átomo o molécula que
conozcamos. «Las bandas interestelares difusas son un gran misterio sin
resolver», dice. «No sabemos por qué a la luz que llega a la Tierra a menudo se
le quitan mordiscos. Este es solo un misterio más en un enorme inventario de
cosas extrañas en el espacio que aún no hemos descubierto».
