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Flatulencias espaciales I

Artículo publicado en Naukas el 3 de agosto de 2015
Sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico. Crédito: Ben Mills, Benjah-bmm27Hace unos meses, desde el facebook de Astromol, planteamos un reto: si conseguíamos alcanzar los cuatrocientos seguidores, escribiríamos más reportajes sobre gases pestosos en el universo. Y los superamos. Así que aquí tenéis estas “flatulencias espaciales” que, hoy, se centran en el sulfuro de hidrógeno.

“La naturaleza no deja de sorprendernos”. Como si del guion de un documental se tratase, me veo pronunciando esta frase mientras elijo el título de este reportaje. Sé que es algo escatológico, pero es totalmente cierto: vamos a hablar de algunos de los gases que están en nuestras flatulencias. Ojo, que en nuestras flatulencias no sólo hay gases, hay más cosillas, pero de esas no vamos a hablar. Los compuestos que dan a los pedos ese olor (que no todos huelen igual, todo dependerá de lo que hayamos ingerido) se conocen bien. Y algunos de ellos también están en el espacio. Ahora entenderán por qué yo, que suelo hablar de astrofísica y astroquímica, me meto en estos temas.

Hoy vamos a empezar una serie de gases pestosos con un gas que parece estar en un montón de sitios: el sulfuro de hidrógeno. Continue reading Flatulencias espaciales I

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Colisiones en el laboratorio y a bajo cero

Por primera vez, se logran medidas muy precisas de la sección eficaz de colisión entre moléculas de agua y átomos de helio a muy bajas energías, afinando las predicciones cuánticas y proporcionando datos experimentales obtenidos en laboratorio.

José Mª Fernández, uno de los autores de este trabajo, alineando un láser de Argón ionizado utilizado como fuente de excitación de un espectrómetro Raman de alta sensibilidad dedicado al estudio de moléculas en fase gaseosa. Laboratorio de Fluidodinámica Molecular. Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC). Créditos: Uly Martín (El País).
José Mª Fernández, uno de los autores de este trabajo, alineando un láser de Argón ionizado utilizado como fuente de excitación de un espectrómetro Raman de alta sensibilidad dedicado al estudio de moléculas en fase gaseosa. Laboratorio de Fluidodinámica Molecular. Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC). Créditos: Uly Martín (El País).

En ASTROMOL, uno de los campos de estudio es el ciclo de la vida del vapor de agua en el universo. En concreto, se estudia el vapor de agua en nubes moleculares, el lugar en el que nacen las estrellas, y luego se hace un seguimiento del papel del agua en la evolución de las estrellas, su vida y su muerte y disgregación en el medio interestelar.

En concreto, en las nubes moleculares hallamos el universo más frío, un universo con unas temperaturas de entre 20 y 120 grados kelvin (lo que equivaldría a temperaturas entre -253 °C y -153 °C). A esas temperaturas tan bajas, las moléculas solo pueden permitirse “rotar” y, en este proceso, los investigadores aprovechan para estudiarlas a medida que emiten radiación en el rango submilimétrico [1]. Por tanto, las “transiciones rotacionales” (en el argot cuántico) son los cambios que se dan a más baja energía. Continue reading Colisiones en el laboratorio y a bajo cero

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Foto de grupo de la "Astrochemistry's Cool". Créditos: UIMP-Cuenca

Un balance de la “Astrochemistry’s Cool”

Algunas conclusiones sobre la escuela de astroquímica celebrada el pasado mes de septiembre en Cuenca

En los años 70 empiezan a detectarse las primeras moléculas en el espacio. Surge entonces la semilla de una nueva disciplina, la astroquímica, que ha debido ir uniendo el esfuerzo de astrofísicos, químicos y expertos en espectroscopía y en precisos trabajos de laboratorio. España lidera ahora un importante proyecto europeo, NANOCOSMOS, tras una trayectoria llena de esfuerzos y de importantes descubrimientos.

Tal y como afirma José Cernicharo, codirector de la escuela “Astrochemistry’s Cool” y responsable del Grupo de Astrofísica del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), “Para interpretar las observaciones, los astrofísicos necesitan a los químicos. Aunque tengamos datos magníficos de los mejores instrumentos, sin el trabajo de laboratorio no podemos explotar al máximo la información que obtenemos”.

De ahí la organización de una escuela como esta, una iniciativa innovadora puesta en marcha por el programa “Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL – Astrofísica Molecular: la era de Herschel y ALMA” y la Universidad Internacional Menéndez Pelayo (UIMP), con el claro objetivo de sacar lo mejor de todos los campos implicados. Aunque en España se han desarrollado importantes congresos de astrofísica molecular, tanto nacionales como internacionales, no se habían organizado antes escuelas de estas características.

La “Astrochemistry’s Cool”, celebrada en Cuenca del 14 al 18 de septiembre de 2014, ha contado con 14 profesores y 32 alumnos y ha ofrecido, no sólo seminarios por parte de expertos en los diferentes campos de investigación, sino que también se han llevado a cabo talleres en los que un tutor ha planteado un ejercicio y el equipo, formado por tres químicos y tres astrofísicos, ha debido resolver una serie de pruebas y presentar los resultados.

Para Asunción Fuente, codirectora de la escuela e investigadora del Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN), “Se trata de estrechar la relación entre químicos y astrofísicos, de que esas sinergias, que ya existían antes y han dado lugar a interesantes colaboraciones, cobren ahora más fuerza”.

Para Cernicharo, “Gracias a una continua colaboración y a un esfuerzo conjunto hemos ido explicando muy poco a poco procesos que, dado que cada vez tenemos más información, descubrimos que son muy complejos”.

A ello ha ayudado la puesta en marcha, a nivel nacional, de una colaboración efectiva y planificada en astroquímica a través del programa ASTROMOL, Consolider-Ingenio “Astrofísica Molecular: la era de Herschel y ALMA”, que se inició en el año 2009. A eso debemos sumar la reciente concesión de un importante proyecto Synergy europeo, NANOCOSMOS, cuya intención es desvelar los orígenes de los granos de polvo en envolturas estelares. En relación a este proyecto, José Cernicharo afirma que “Debemos ser conscientes de la importancia de haber obtenido este programa, este espaldarazo nos permitirá formar a más especialistas en este campo y obtener un importante retorno a toda la inversión llevada a cabo por España en proyectos como, por ejemplo, el interferómetro ALMA”.

“Sabemos muy poco, lo que nos falta por aprender es mucho, y se nos pueden estar pasando aspectos muy importantes de la evolución química del universo: todo lo ligado a las zonas de  formación de planetas en las que las condiciones iniciales, físicas y químicas, tienen un papel importantísimo en la posible aparición posterior de una química, prebiótica o biótica, que dé lugar a procesos como los que tienen lugar en la Tierra”, concluye Cernicharo.

Precisamente, para cerrar este encuentro, Ricardo Amils, catedrático de microbiología de la Universidad Autónoma de Madrid e investigador del Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), ofrecía un seminario sobre “El origen de la vida” en el que ha dado el enfoque biológico a todo el trabajo que mueve a la astroquímica: saber cómo surge la vida.

La opinión de los alumnos

Carlos Cabezas es químico, investigador en el grupo de espectroscopía molecular de la Universidad de Valladolid. “Al principio no sabía muy bien lo que iba a sacar en claro pero, para los que venimos de la parte experimental y de laboratorio, ha sido muy útil para ayudarnos a comprender mejor cómo se trabaja en astronomía. Tenemos trabajos en común desde hace cuatro o cinco años y, tras esta escuela, hemos conseguido ponernos en su lugar: utilizamos un lenguaje diferente y ahora sabemos qué podemos pedir. Es algo muy enriquecedor”.

Por su parte, Mireya Etxaluze es astrofísica e investigadora en el Grupo de Astrofísica Molecular desde el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). “Ha sido una interesante puesta en común. La química de laboratorio me ha resultado muy interesante: ver cómo distintos grupos trabajan con un mismo objetivo, pero con herramientas totalmente distintas es muy revelador. Nosotros, los astrofísicos, no podemos jugar en el laboratorio, nos limitamos a lo que se ve, nos limita la instrumentación. A medida que mejoren, tanto la instrumentación como los laboratorios, podremos hacer que la astroquímica crezca”.  

 

Más información:
Sala de prensa de la “Astrochemistry’s Cool”
– Programa en pdf. de la “Astrochemistry’s Cool”
Página de la UIMP
– Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL

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Olivier Berné, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie. Créditos: UIMP-Cuenca.

Entrevista con Olivier Berné

“¡Todavía no sabemos cómo se forman los fullerenos en el medio interestelar ni en la Tierra!”

Es investigador del Centre National de Recherche Scientifique (CNRS) desde el Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología, en Toulouse (Francia). Imparte los talleres: “PAHs and infrarred emmission” y ”Photodissociation regions”

¿Por qué despiertan tanto interés las moléculas halladas en el espacio?

En las últimas décadas se ha descubierto que las moléculas están omnipresentes en nuestro universo. Las encontramos en las atmósferas de los planetas del sistema solar, en los exoplanetas y, lo que es aún más sorprendente, también en el espacio que se encuentra entre las estrellas, llamado el “medio interestelar” (ISM, interstellar medium). El ISM es un elemento clave del ciclo cósmico porque es donde nacen nuevas estrellas y planetas. Las moléculas que están presentes en el ISM y en regiones donde se forman estrellas y planetas pueden emitir fotones.

Lo interesante es que cada molécula emite fotones en longitudes de onda específicas, produciendo un espectro único. El espectro que emana de las moléculas en el espacio también depende de las condiciones físicas: temperatura, densidad, etc., por tanto, mediante la observación con telescopios de los espectros de las moléculas en el espacio, es posible comprender las condiciones físicas en entornos muy remotos donde se están formando estrellas y planetas. Esto ayuda a los astrónomos a entender cómo se creó nuestro propio sistema solar.

¿Cuáles son los temas de sus seminarios en la “Astrochemistry’s Cool”?

En esta escuela hablo sobre las regiones donde se están formando estrellas masivas. Después de su nacimiento, estas estrellas producen una increíble cantidad de fotones ultravioleta (UV). Posteriormente, estos fotones UV iluminan las nubes de polvo y gas del medio interestelar de su entorno. Llamamos a estas regiones “regiones de fotodisociación” (PDRs, photo-dissociation regions), porque la radiación de los fotones UV rompe las moléculas en trozos más pequeños. Esto crea una interesante química y también calienta el gas a altas temperaturas. Las regiones de fotodisociación se encuentran alrededor de estrellas masivas y en otros muchos lugares del universo: en las regiones centrales de las galaxias, en la superficie de discos con planetas en formación, o en las envolturas de estrellas moribundas. Por lo tanto, es esencial comprender cómo funcionan las regiones de fotodisociación para entender la evolución de estos objetos astrofísicos.

En estas regiones se encuentran grandes moléculas carbonosas: hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs, polycyclic aromatic hydrocarbons). Estas moléculas son muy estables, y directamente absorben los fotones UV, y luego vuelven a emitir esta energía en el infrarrojo, produciendo bandas arquetípicas a 3,3; 6,2; 7,7; 8,6; 11,3 y 12,7 micras. Mediante el estudio de estas bandas es posible comprender las condiciones físicas en las regiones de fotodisociación.

¿Cuáles son los últimos avances más destacados en su área de investigación?

Además de las moléculas de PAH, recientemente se descubrió la presencia de otras grandes moléculas carbonosas en las regiones de fotodisociación: los fullerenos. Los fullerenos son moléculas de carbono en forma de caja o bola que poseen una notable estabilidad. Este hallazgo es emocionante, porque ofrece la posibilidad de trazar condiciones físicas con nuevas moléculas.

Además, se ha propuesto la conexión química entre los PAHs y los fullerenos, y esto tendría muchas implicaciones interesantes para la astroquímica e incluso para la química en general: ¡todavía no sabemos cómo se forman los fullerenos en el medio interestelar ni en la Tierra!

 

Más información:
Sala de prensa de la “Astrochemistry’s Cool”
– Programa en pdf. de la “Astrochemistry’s Cool”
– Página de la UIMP
– Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL

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Javier R. Goicoechea en la "Astrochemistry's Cool". Créditos: UIMP-Cuenca

Entrevista con Javier R. Goicoechea

“Las moléculas se forman en el “universo frío” y son las mejores herramientas de diagnóstico para estudiarlo”

Investigador del Grupo de Astrofísica Molecular en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), es uno de los profesores de esta escuela de astroquímica.

Háblenos del medio interestelar, por qué es tan importante.

La formación de moléculas en el espacio es un proceso clave en la formación de las nubes interestelares, los lugares en los que nacen las estrellas y los planetas. Entender cómo diferentes moléculas se forman y destruyen (su química) es esencial para entender su papel en la dinámica y la evolución de diferentes ambientes astronómicos (desde galaxias enteras a nubes y discos protoplanetarios).  El espacio entre las estrellas no está vacío, sino lleno por el medio interestelar. Las moléculas se forman en este “universo frío” y son las mejores herramientas de diagnóstico para estudiarlo.

¿Qué ha enseñado en esta escuela?

¡Demasiadas cosas! En un primer seminario he presentado a los alumnos dos de nuestros observatorios más potentes para observar el universo frío, molecular: el telescopio espacial Herschel y el interferómetro ALMA; luego, en mi segundo curso, hablo de dos extraordinarias regiones de formación estelar en la Vía Láctea: Orión (en el disco de la galaxia) y Sagitario B2 (cerca del centro galáctico). Las observaciones de estas dos fuentes han sido esenciales para el progreso en la astroquímica. Finalmente, presento a los alumnos los conceptos básicos de la química del medio interestelar.

¿Qué descubrimiento de los últimos años destacaría dentro de su campo de estudio?

La observación y detección de moléculas muy simples de hidruro (CH+, SH+, OH+,…) para determinar las propiedades fundamentales de las nubes interestelares (tasas de ionización por rayos cósmicos, mecanismos dominantes de calentamiento, papel de disipación de turbulencia, fracción molecular, etc.).

Más información:
Sala de prensa de la “Astrochemistry’s Cool”
– Programa en pdf. de la “Astrochemistry’s Cool”
– Página de la UIMP
– Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL

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Asunción Fuente durante su primer seminario de la "Astrochemistry's Cool". Créditos: UIMP-Cuenca

Entrevista con Asunción Fuente

“Estamos todavía lejos de entender por completo la evolución química del gas, que es la materia prima para formar planetas”

Codirectora de la escuela, Asunción Fuente es investigadora en el Observatorio Astronómico Nacional (OAN), que depende del Instituto Geográfico Nacional (IGN), e imparte tres seminarios sobre observaciones astronómicas, formación estelar y discos protoplanetarios.

¿Qué nos dice la química del gas interestelar?

La comprensión de la química en el universo es necesaria para comprender nuestros orígenes y la posibilidad de que la vida se desarrolle en otro planeta o satélite. Los astrónomos utilizan la química como una herramienta para determinar las condiciones físicas y la evolución (temperatura, densidad, edad,…) de la materia interestelar. En la escuela explico cómo los astrónomos pueden determinar la composición química del gas interestelar a partir de observaciones radioastronómicas. Voy a mostrar algunos resultados interesantes obtenidos con estas técnicas. En particular, a lo largo de la semana hablaré de la evolución química del gas que se encuentra muy cerca de la estrella, desde las primeras etapas de la formación de estrellas hasta la formación de planetas.

¿Qué descubrimientos han revolucionado su campo en los últimos años?

Gracias al telescopio espacial Herschel, se han podido detectar varias nuevas moléculas en el espacio, algunas de ellas inexistentes en nuestro planeta. Sin embargo, debido a su interés astrobiológico, es fundamental destacar el estudio del agua en los discos protoplanetarios, los discos de materia a partir de los cuales se forman los planetas. La detección de agua en estos objetos no fue una sorpresa. De hecho, el agua había sido detectada en estos objetos con el anterior telescopio infrarrojo Spitzer. La sorpresa fue que la abundancia de agua era más de diez veces menor de lo esperado. Esto demuestra que estamos todavía lejos de entender por completo la evolución química del gas, que es la materia prima para formar planetas.

¿Por qué organizar una escuela como esta?

Año tras año, se detectan en el espacio moléculas cada vez más complejas. El propósito de esta escuela es formar una nueva clase de astrónomos-químicos que sean capaces de entender los complejos procesos químicos que tienen lugar en el espacio, procesos que determinan la evolución del gas interestelar.

Más información:
Sala de prensa de la “Astrochemistry’s Cool”
– Programa en pdf. de la “Astrochemistry’s Cool”
– Página de la UIMP
– Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL

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