El óxido de magnesio y la probabilidad de vida alienígena

¿Qué tendrán que ver los cambios de fase a altas presiones y temperaturas del óxido de magnesio con la probabilidad de que exista vida en otros planetas? O, si se prefiere algo menos dramático, ¿qué relación existe entre el diagrama de fases del óxido de magnesio y las posibilidades de supervivencia de moléculas complejas en la superficie de un planeta?

La respuesta está en que experimentos recientes apuntan a que a altas presiones y temperaturas el óxido de magnesio se convierte en un líquido metálico y, como este óxido es representativo de los materiales rocosos en los mantos de los planetas similares a la Tierra, se concluye que el interior de los exoplanetas rocosos podría ser conductor eléctrico. Si el interior es conductor eléctrico y líquido, sus movimientos generan un campo magnético para el planeta, lo que protege su superficie del bombardeo de partículas cargadas provenientes de su estrella que tendrían la capacidad de destruir las posibles moléculas complejas que pudieran formarse. Por tanto, los resultados que Stewart Williams, de la Universidad Howard (EE.UU.), y sus colegas publican en Science, apuntan a que la probabilidad de que los exoplanetas rocosos, especialmente las supertierras, tengan un campo magnético es mayor de lo que se suponía.

El óxido de magnesio es uno de los óxidos más sencillos que están presentes en planetas rocosos como la Tierra y que se especula con que puedan estar en el núcleo de algunos planetas gaseosos como Júpiter. Se estima que su comportamiento puede ser representativo de una amplia variedad de materiales, por lo que el estudio de su comportamiento a altas presiones y temperaturas es de gran interés para la comprensión de la geología de los exoplanetas rocosos.

Existían una serie de predicciones teóricas que, variando en los detalles (rangos de las variables), venían a coincidir en dos puntos:

• Alrededor de los 0,33 TPa y a unos 8100 K la estructura cristalina del óxido de magnesio pasaría de ser la del cloruro sódico NaCl (cada átomo forma una celdilla cúbica centrada en las caras y ambas celdillas están interpenetradas o, lo que es más intuitivo, cada ión magnesio está rodeado por seis iones oxígeno y viceversa) a la del cloruro de cesio CsCl (cada átomo forma una celdilla cúbica simple y ambas celdillas están interpenetradas o cada ión magnesio está rodeado por ocho iones óxido y viceversa).
  
  

  

  NaCl

  

  CsCl

  
  
  
  
• En el entorno de los 0,59 TPa y a una temperatura cercana a 13600 K el óxido de magnesio pasaría a ser un líquido metálico

Como es comprensible, alcanzar estas presiones y temperaturas en un laboratorio para dibujar experimentalmente el diagrama de fases del óxido de magnesio no es tarea fácil. Y esto es lo que ha conseguido precisamente el equipo de Williams usando una técnica de ondas de choque generadas por láser. Sometieron pequeñas muestras de óxido de magnesio a la presión generada por láseres de alta potencia, llegando a sobrepasar los 1,5 TPa y los 50.000 K. La iluminación de los láseres genera una onda de choque a través del material que los investigadores son capaces de monitorizar, incluso fotografiar (a la derecha).

Los resultados dejan en muy buen lugar a los teóricos. Las dos transiciones de fase predichas se detectaron. La transición cristalina NaCl a CsCl se encontró que se produce a 0,44 TPa y a una temperatura de 9000 K. Por otro lado la transición a líquido metálico tiene lugar a una presión de 0,65 TPa y a una temperatura de 14000 K.

Tanto el campo magnético terrestre como el de Mercurio (el otro planeta rocoso con campo magnético del sistema solar) se producen porque ambos planetas tendrían un núcleo de hierro fundido en constante movimiento, lo que generaría el campo magnético por el efecto dinamo. Si un planeta no tiene un interior conductor en movimiento, no tendrá un campo magnético que lo proteja del viento solar de su estrella, con lo que, por una parte, su superficie se verá bombardeada por las partículas energéticas que constituyen el viento solar y, por otra, parte de su atmósfera se perderá por la erosión que genera la interacción del viento con la atmósfera. Marte, por ejemplo, no tiene campo magnético en la actualidad, por lo que una de las misiones de Curiosity es medir el nivel de incidencia en la superficie del viento solar, clave para determinar la habitabilidad actual del planeta.

El resultado de Williams et al. hace que podamos interpretar la expresión “interior conductor” del párrafo anterior en un sentido más amplio del que se venía considerando. Puede que un planeta no tenga una dinamo en su núcleo, pero podría tener suficiente óxido de magnesio para realizar la misma función en su manto, siempre y cuando las temperaturas y presiones sean lo suficientemente elevadas. Y aquí es donde entran las supertierras, ya que su tamaño de hasta 15 veces la Tierra les permite generar las condiciones para que este fenómeno ocurra.

En definitiva, el diagrama de fases del óxido de magnesio nos dice que es más probable que las supertierras tengan campos magnéticos, lo que implica que sus superficies y atmósferas estarían más preservadas de los vientos solares de sus estrellas. Y, aunque sea muy poco, también aumenta la probabilidad de que exista vida alienígena.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIX Edición del Carnaval de Química que organiza Leet mi explain  

Referencia:

McWilliams, R., Spaulding, D., Eggert, J., Celliers, P., Hicks, D., Smith, R., Collins, G., & Jeanloz, R. (2012). Phase Transformations and Metallization of Magnesium Oxide at High Pressure and Temperature Science DOI: 10.1126/science.1229450

Experientia docet en Amazings (Naukas) Bilbao 2012

Los pasados 29 y 30 de septiembre tuvo lugar en Bilbao Naukas 2012 (antes Amazings). Los colaboradores de Naukas nos reunimos ante una sala Mitxelena de Bizkaia Aretoa repleta para disfrutar haciendo lo que más nos gusta, divulgar ciencia. Si no pudiste asistir, o seguirlo en streaming, aquí tienes todos los vídeos.

Yo intervine dos veces. En primer lugar una charla de 10 minutos titulada "Agua, azucarillos y el ambiente", clarificando algunos conceptos sobre el origen de la vida. 

A continuación participé en la mesa redonda sobre astrobiología, junto a Carlos Briones (CAB-INTA) y Antonio J. Osuna (Universidad de Granada).

SAM y los percloratos: las dificultades en el análisis de compuestos orgánicos en Marte

El pasado 6 de agosto el Mars Science Laboratory “Curiosity” se posaba suavemente sobre la superficie de Marte portando diez instrumentos científicos con capacidades nunca vistas en la exploración planetaria. Siendo todos importantes, el equipo estrella es el Sample Analysis at Mars (SAM), una combinación de cromatógrafo de gases, espectrómetro de masas y espectroscopio láser ajustable combinados con un sistema completo de preparación de muestras y sistemas de calibración. El SAM es el encargado de detectar componentes orgánicos en la superficie marciana. Para ello vaporizará muestras de polvo y roca a temperaturas de 1000 ºC y analizará los volátiles resultantes. Sin embargo, un descubrimiento realizado en 2008 puede que haga que los resultados obtenidos por SAM no sean todo lo significativos que nos gustaría. Y es que en la superficie de Marte existen percloratos.

Percloratos de Marte

En junio de 2008 el Wet Chemistry Laboratory a bordo de la sonda Phoenix realizó el primer análisis húmedo del suelo marciano [1] . Los análisis, efectuados en tres muestras, dos de la superficie y otra tomada a 5 cm de profundidad, pusieron de manifiesto que el suelo era ligeramente básico y que contenía bajos niveles de sales típicas de la Tierra. La sorpresa fue encontrar aproximadamente un 0,6% en peso de perclorato (ClO₄^-) lo más probable en forma de Mg(ClO₄)₂.

La posibilidad de que el perclorato fuese un contaminante traído desde la Tierra fue descartada. Los retrocohetes de la Phoenix usaron hidrazina ultrapura (al igual que los de la etapa de descenso de Curiosity) y propelentes de lanzamiento a base de perclorato de amonio. Ninguno de los sistemas de la Phoenix encontró resto ninguno de amonio, por lo que el perclorato encontrado era marciano.

Anteriormente a este resultado, en 2006, se propuso un mecanismo para la formación de percloratos en suelos ricos en sales en los que los cloruros se convertían en percloratos por la acción de la radiación ultravioleta (que se piensa que es particularmente importante en la superficie marciana, algo que comprobará REMS, otro equipo a bordo de Curiosity). En 2010 se encontraron percloratos en una amplia zona de la Antártida a nivel de ppm (partes por millón); las circunstancias del descubrimiento implicarían que los percloratos se forman naturalmente y de forma global en la Tierra y, probablemente, en Marte.

Resultados contradictorios de las Viking

Ya hemos explicado en otra parte que Curiosity, a diferencia de las sondas Viking, no tiene como misión encontrar vida. Efectivamente, Curiosity no tiene ningún experimento que pueda detectarla. No así las Viking: en 1976 mezclaron suelo marciano con una disolución nutritiva radioactiva y, posteriormente, detectaron la emisión de gas radioactivo, lo que sugería la presencia de actividad microbiana. Sin embargo, otro experimento de las mismas sondas no encontró compuestos orgánicos, de lo que se concluía que, por extensión, no había microbios.

Estos datos contradictorios llevaron a la mayoría de los científicos a dar el primer resultado como erróneo. Pero no es tan sencillo: aún cuando no existiese vida en Marte el planeta tendría que estar repleto (entiéndase en términos químico-analíticos) de compuestos orgánicos; se estima que cada año marciano llegan al planeta 240 toneladas de ellos a bordo de meteoritos.

Una posible solución al enigma estaría en que la superficie marciana contiene óxidos metálicos que tienen propiedades fotocatalíticas; conforme la radiación ultravioleta choca con estas partículas genera especies que reaccionan y destruyen los compuestos orgánicos. Esta hipótesis tiene sus limitaciones, sobre todo para las muestras tomadas a 5 cm de profundidad. Una más reciente, y mucho más relevante para los análisis que efectuará el SAM, es que los compuestos orgánicos se oxidaron accidentalmente durante el procesado de la muestra a resultas de la presencia de percloratos.

SAM y los percloratos

Existen estudios experimentales que apoyan la hipótesis de los percloratos. Quizás el más significativo fue el llevado a cabo en 2010 [2]. A una muestra de suelo del desierto de Atacama se le añadió una pequeña cantidad de perclorato. Tras calentar la muestra a 500ºC (misma temperatura que el horno de las Viking) los investigadores encontraron que los compuestos orgánicos presentes habían sido destruidos por oxidación. No sólo eso, la destrucción llevaba a la emisión de clorometano y, en menor medida, diclorometano, que fueron detectados por las sondas Viking y que, tradicionalmente, se han venido atribuyendo a contaminación por productos de limpieza antes del despegue.

La idea de que los percloratos son los responsables del resultado contradictorio de las Viking es muy sugerente. Apoya la idea, que algunos mantienen desde 1976, de que las Viking efectivamente encontraron vida microbiana (después de ellas ninguna sonda ha llevado un experimento similar para confirmarlo o desmentirlo). Por otra parte, sugiere que Curiosity va a tener los mismos resultados anómalos porque también usará calentamiento como forma de extracción de volátiles de las muestras, cuyos componentes orgánicos estarán sujetos a la acción de los percloratos.

¿Y ahora qué?

La presencia de percloratos puede afectar de forma significativa a los resultados de los análisis. Sin embargo, la capacidad analítica combinada de SAM es enorme, por lo que debería de ser capaz de discriminar si se está produciendo una interferencia por la presencia de percloratos. En caso de que sea así, lamentablemente, sólo quedará especular con mecanismos de reacción que den los productos detectados para poder deducir con un margen de error no despreciable, en vez de medir, qué compuestos orgánicos hay presentes, de haberlos.

Por otra parte, la capacidad de excavación de Curiosity podrá acceder a muestras menos sometidas a radiación y, por tanto, menos afectadas por la presencia de percloratos, y comparar sus resultados con los de las muestras de superficie.

Una consideración final: aún cuando Curiosity encuentre compuestos orgánicos no podrá establecer si tienen un origen biológico. Lo que sea vida en la Tierra puede que no lo sea en Marte, después de todo.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que acoge Un geólogo en apuros.

Referencias:

[1] Hecht MH, Kounaves SP, Quinn RC, West SJ, Young SM, Ming DW, Catling DC, Clark BC, Boynton WV, Hoffman J, Deflores LP, Gospodinova K, Kapit J, & Smith PH (2009). Detection of perchlorate and the soluble chemistry of martian soil at the Phoenix lander site. Science (New York, N.Y.), 325 (5936), 64-7 PMID: 19574385

[2] Rafael Navarro-González, Edgar Vargas, José de la Rosa, Alejandro C. Raga, & Christopher P. McKay (2010). Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 115 DOI: 10.1029/2010JE003599

Nanobiomática, la revolución que marcará el siglo XXI

El 15 de abril de 2010 volvía a casa después de asistir a una demostración de un nuevo equipo industrial en una ciudad del centro de Suecia. Cuando llegamos mi compañero y yo al aeropuerto de Estocolmo nos encontramos con el caos. Al parecer un volcán en Islandia, el Eyjafjallajökull, había entrado en erupción y las cenizas que arrojaba a a la atmósfera obligaban a cerrar el espacio aéreo por tiempo indefinido. Nuestro vuelo a Madrid aún no estaba cancelado aunque sí muchos otros. Yo, siguiendo un instinto de supervivencia peculiar, entré en la bien surtida librería a comprarme un par de libros.

Nuestro vuelo fue el último en despegar de Estocolmo antes del cierre del espacio aéreo sueco y nuestro piloto nos llevó a España dando un rodeo por Polonia. En ese tiempo comencé a leer uno de los libros que más me ha hecho pensar en los dos últimos años: The Black Swan, The Impact of the Highly Improbable, de Nassim Nicholas Taleb.

Un cisne negro, citando a Taleb, es un acontecimiento que reúne tres características. Primero, es completamente inesperado, ya que nada en el pasado puede apuntar de forma convincente a esa posibilidad. Segundo, tiene un impacto enorme. Tercero, a pesar de ser inesperado, nuestra capacidad humana para la racionalización a posteriori hace que lo veamos como algo explicable y predecible.

Los cisnes negros son el tipo de acontecimientos que marcan las revoluciones científico-técnicas; pensemos en el descubrimiento de los rayos X o en la penicilina o, y perdonad que aquí cite una afición, los cuasicristales. En las próximas décadas serán los cisnes negros los que marquen la evolución de la ciencia y la técnica concretas. Por definición no podemos saber cuáles serán. Nosotros, en lo que sigue, no vamos a intentar predecir qué desarrollos concretos habrá en la ciencia y la técnica en lo que queda de siglo, ya dejamos a otros que se equivoquen en eso, sino que vamos a explorar brevemente, y sin ánimo de ser exhaustivos, las áreas en las que podrían producirse esos avances. Puede que te sorprendan.

La instrumentalización de la química y el recorrido limitado de la física.

La química, como ciencia que permite conocer el universo, está agotada. No habrá sorpresas químicas relevantes, si bien cabe esperar de ella una enorme variedad de contribuciones prácticas. La química es como una lengua que cuesta dominar: a lo largo de los siglos hemos ido aprendiendo su gramática, su vocabulario, sus modismos, cada uno de estos descubrimientos permitiéndonos conocer más el universo y a nosotros. Pero un idioma, una vez dominado, sirve para expresar ideas. Este es el futuro papel de la química, un instrumento sofisticado que facilitará mucho de lo que sigue.

La física sólo es un poco más estimulante desde esta perspectiva que hablamos. Aunque aún haya mucho que aprender acerca de la estructura fundamental del universo, las máquinas necesarias para realizar esta exploración son cada vez más grandes y caras. Existe un concepto económico crítico para estas situaciones, el de rendimientos decrecientes y, aunque el descubrimiento de una partícula compatible con el bosón de Higgs pueda estimular durante un tiempo breve el imaginario colectivo de los que administran el dinero, no cabe esperar muchas inversiones en algo que tiene de entrada pocas aplicaciones prácticas desde su punto de vista.

En las próximas décadas, salvo hallazgos no previstos en el modelo estándar que nos depare el LHC (más improbables si la partícula descubierta se confirma que, efectivamente, es el bosón de Higgs del modelo estándar), la física fundamental estará centrada en comprender la materia oscura (partículas fundamentales que interactúan con la de materia ordinaria aparentemente sólo a través de la gravedad) y en encontrar ondas gravitacionales (lo que permitiría unir la gravedad, explicada actualmente por la torre de marfil que es la teoría general de la relatividad, con la física cuántica que explica el resto de la física). Para conseguir ambos fines bastarían en principio instrumentos relativamente baratos comparados con un megaacelerador de partículas lineal, por ejemplo.

La otra gran incógnita de la física es la energía oscura, eso que hace que el universo se expanda aceleradamente. A diferencia de las dos anteriores, su resolución requiere de una revolución teórica previa más que de nuevos datos. Y esto entra de lleno en el dominio de los cisnes negros. Puede que ahora, mientras lees esto, un parado esté garabateando, en un parque de Málaga, la que podría ser la solución a este problema.

La revolución nanobiomática.

Para el año 2050, parece bastante probable que sepamos, más allá de la certeza estadística, que la vida es abundante en el universo. El estudio de los planetas extrasolares con nuevos telescopios espaciales parece que es algo que tiene la financiación poco menos que garantizada: la pregunta de si estamos solos en el universo es fácilmente entendible por los administradores y también interesante para ellos.

Un aspecto relacionado es el origen de la vida en la Tierra. La respuesta puede que venga del mejor conocimiento del funcionamiento celular y la identificación de sus partes más primitivas, y de la experimentación, es decir, de la creación de organismos vivos en el laboratorio a partir de moléculas químicas sencillas.

Pero los descubrimientos en biología están entrando en una fase exponencial que nosotros atribuimos a cuatro motivos principales:

1. La capacidad desarrollada recientemente de secuenciar el ADN rápidamente y en cantidades enormes.
2. Las mejoras en microscopia, en el sentido más amplio, desde sistemas de tinción a fotografías a nivel atómico, que permiten una mejor comprensión de los procesos celulares.
3. Las técnicas para el estudio específico del encéfalo y su funcionamiento, probablemente el objeto de estudio científico más interesante del universo.
4. La asunción generalizada de que la investigación biológica tiene que tener una perspectiva evolutiva.

Cabe esperar que en próximo par de décadas la caracterización genética de todas las especies esté completa. Alrededor del año 2030, dependiendo de la financiación, la mayor parte de la vida conocida habrá sido caracterizada, incluyendo la microbiológica marina o la subterránea profunda (de existir). En el proceso es posible que nos encontremos grandes sorpresas (asumimos que con más fundamento que la vida basada en arsénico).

Lo anterior, completar el álbum de cromos de la vida terrestre, es fascinante e intelectualmente atractivo. Pero esta base de datos genéticos gigantesca y el conocimiento biológico derivado de ella, abriría la puerta a la explotación industrial, lo mismo que ocurrió con la química en el XIX. En esto trabajan ya activamente personas como Craig Venter, ya sea por la vía de crear de vida sintética de diseño, ya por la creación de nuevos organismos transgénicos o directamente por el uso de nuevas especies.

Pero, sin duda, el punto de inflexión lo marcará la combinación de la biología con la nanociencia y la informática: la nanobiomática.

Digámoslo claramente, y citando a un sabio malagueño: la nanotecnología ha tenido un arranque de caballo andaluz y un parón de burro manchego. Durante los últimos veinte años se ha hablado mucho de nanotecnología pero, a fin de cuentas, salvo algunas estructuras que quedan muy espectaculares en fotografía y la alteración de las propiedades de algunos materiales, ya sea por la incorporación de otros o por técnicas de encapsulación, poco más se ha conseguido. Estamos a años-luz de esos ejércitos colaborativos de micromáquinas que prometían los visionarios de los años noventa. Pero esto cambiará cuando se conozca mejor el comportamiento de las células.

Las proteínas, el ARN o el ADN son moléculas grandes y tienen exactamente el tamaño típico de los objetos con los que opera la nanociencia: mayor que el de la química tradicional, pero aún suficientemente pequeños como para que la influencia de las interacciones supramoleculares electrostáticas sea crítica impidiendo que la ingeniería mecánica clásica pueda lidiar con ellas. De hecho, fueron estas interacciones las que arruinaron las predicciones de los visionarios: los engranajes y levas de las micromáquinas se veían alterados por las fuerzas de van der Waals y otros efectos mal comprendidos.

Pero, hete aquí que los sistemas vivos, obviamente, funcionan. Una vez que se analicen apropiadamente aparecerá todo un abanico de aplicaciones tecnológicas: ya sean organismos altamente modificados, o sistemas completamente artificiales que simplemente toman sus fundamentos de la biología, como los robots de Karel Capek, el inventor del término en 1921.

Pero unos robots así requerirían también la intersección de la biología, además de con la nanotecnología, con la informática y la inteligencia artificial, lo que hemos dado en llamar nanobiomática. La unión de una mejor compresión del funcionamiento del cerebro con una capacidad de computación artificial mucho más sofisticada. Las nuevas técnicas para el estudio del cerebro pondrán de manifiesto cómo se organiza el cerebro a nivel celular (conectoma). Los ordenadores, más rápidos y potentes, permitirán modelar como software esa nueva información. Así sabremos cómo funciona el cerebro de verdad, lo que permitirá la construcción de cerebros artificiales que trabajarán con los mismos principios, pero mucho más potentes y sin errores. Cerebros artificiales nanobiomáticos que puede que funcionen conscientemente.

Curiosamente, según la teoría de Taleb, nadie podrá hacer una fortuna apostando a nada de lo anterior: lo previsible no es novedoso realmente. Y es que el futuro lo conformarán los cisnes negros.

El agua y otros volátiles terráqueos proceden de asteroides (y no de cometas)

Estos días han aparecido en distintos medios noticias que afirman que “un nuevo estudio apunta a que elorigen del agua y de los componentes orgánicos que dieron origen ala vida procede del interior del Sistema Solar” como hace Materia o que “los meteoritos sonla fuente más probable del agua de la Tierra”  como afirma Astrobiology Magazine de la NASA. Todas estas noticias se hacen eco de un estudio que publica en Science un equipo encabezado por Conel Alexander, de la Institución Carnegie (EE.UU.). Sin embargo, al leerlas uno se queda con la sensación de que falta algo, de que se produce un salto en el vacío hacia unas conclusiones que los datos presentados no sustentan o que, directamente, el titular es erróneo. Vamos a intentar solucionar el problema.

Parto de la base de que el inteligente lector leerá los artículos enlazados más arriba en algún momento, por lo que me limitaré a señalar lo importante del estudio con énfasis en la secuencia lógica que, entiendo yo, falta en esas noticias. Señalo con un * las discrepancias con esos artículos.

1. Aún no está claro cómo determinados compuestos volátiles, mayormente de H, N y C llegaron a la Tierra primitiva. Estos compuestos, entre los que se encuentra el agua, es evidente que son críticos en la aparición de la vida.
   
   
2. Las fuentes que se barajan como origen de esos compuestos son:
   
   
   2.1. Asteroides: están en órbitas entre las de Marte y Júpiter
   
   
   2.2. Cometas: provienen del exterior del Sistema Solar
   
   
3. Los modelos actuales sugieren que en un momento dado un cambio en las órbitas de Saturno Y Júpiter habría propiciado que material cometario llegase en primer lugar a lo que hoy es el cinturón de asteroides y, de ahí, a la Tierra aportando los volátiles.
   
   
4. El estudio de Alexander et al. intenta comprobar si esto es así. Para ello emplean el análisis isotópico de muestras de meteoritos (condritas carbonáceas).
   
   
5. El equipo de investigadores comparó en primer lugar la proporción entre deuterio e hidrógeno (PDH). En el exterior del Sistema Solar, lugar de procedencia de los cometas, el frío extremo hace que el hielo de agua tenga una proporción de deuterio mayor que el que se forma en regiones menos frías. La PDH se mide en los meteoritos tomando muestras de ellos y analizándolas por espectrometría de masas* y en los cometas por espectroscopia*. El hidrógeno en los meteoritos se encuentra en forma de silicatos hidratados, restos del agua primitiva* que contenían. Un análisis de la PDH indicará si estos meteoritos* provenían de cometas o asteroides.
   
   
6. El análisis de 85 meteoritos indica que la PDH es menor que la medida en cometas. De aquí el equipo concluye que el origen de los meteoritos está en los asteroides.
   
   
7. Un análisis isotópico adicional* del nitrógeno junto a sus PDH pone de manifiesto que un tipo concreto de condrita carbonácea, las CI o Ivuna, posee la composición isotópica más parecida a la que hay en la Tierra, lo que indicaría que serían los asteroides de origen de este tipo de meteoritos la fuente principal de los compuestos volátiles terráqueos de los que hablábamos en 1.

Esto es lo que dice el estudio, y no otra cosa.

Cabe resaltar que el hecho de que asteroides y cometas tengan una PDH diferente ya es un hallazgo significativo. No debe extrañarnos que el artículo aparezca en Science : tanto metodológicamente como desde el punto de vista de resultados, además de las cuestiones que plantea, es muy interesante. Lástima que no se tenga todo el cuidado en divulgarlo bien.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que organiza Un geólogo en apuros

Referencia:

Alexander CM, Bowden R, Fogel ML, Howard KT, Herd CD, & Nittler LR (2012). The Provenances of Asteroids, and Their Contributions to the Volatile Inventories of the Terrestrial Planets. Science PMID: 22798405

Primera detección de flúor elemental natural en la Tierra (que no en la naturaleza)

Antozonita de Wölsendorf. En su interior hay burbujas de flúor elemental.

En mi vieja copia del “Guti” (apelativo digamos que cariñoso de “Química Inorgánica” de Enrique Gutiérrez Ríos, 2ª Edición revisada, Editorial Reverté, 1984) se afirma categóricamente (pág. 183):

Como era de prever por su gran actividad química, los halógenos no se encuentran libres en la naturaleza. En cambio, los iones halogenuros X^- son, con la excepción del I^-, muy estables.

Esta afirmación, si aplica a algún elemento en especial, es al flúor, tremendamente reactivo. Sin embargo, tal y como está redactada, era falsa cuando se escribió y, tras una investigación digna de un químico del XIX publicada en Angewandte Chemie, es falsa de forma general en lo que respecta al flúor. Para hacer las cosas más interesantes (o enrevesadas), la redacción del artículo de Angewandte Chemie es incorrecta. Nos explicamos.

Los químicos han tenido la costumbre de identificar “naturaleza” con las partes del planeta Tierra accesibles para el hombre directa o indirectamente. Por ello, tenemos que entender la afirmación del Guti encuadrada en este contexto. No creo que ni el profesor Gutiérrez Ríos ni ninguno de sus ayudantes en una época en la que aún no existía Internet ni las bases de datos consultase los abstracts de astronomía y astrofísica para comprobar que el flúor elemental fue detectado en el espacio interestelar en 1981 [1]. En este sentido la afirmación del libro era incorrecta desde su publicación.

Pero habrá quien argumente que en el sentido “químico tradicional” de la palabra naturaleza era correcta y, en efecto, lo era. Porque ahora un equipo encabezado por Jörn Schmedt auf der Günne de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (Alemania) ha detectado flúor elemental en la Tierra. Siguiendo la mejor tradición de las novelas de Agatha Christie, se escondía, literalmente, delante de nuestras narices, en el mineral de flúor más abundante, la fluorita (fluoruro cálcico).

La fluorita no sólo es el mineral de fluoruro más común, también es la principal fuente de flúor para usos comerciales. Algunos minerales de fluorita se conocen como “fluorita fétida” porque desprenden un olor característico, se entiende que no especialmente agradable, cuando se rompen o trituran. Esta variedad tiene una característica coloración violeta y se encuentra cerca de menas de minerales ricos en uranio como la pecblenda. Se la suele denominar antozonita y es común en Baviera, en el sur de Alemania (aunque el que esto escribe ha recogido muestras de ella en la mina de uranio de Saelices el Chico, Salamanca). Se atribuye tradicionalmente el olor característico a la liberación de flúor elemental (a mi así me lo dijeron durante mi visita a las instalaciones de ENUSA en Saelices hace ya la friolera de 23 años) pero no se ha podido probar. Hasta ahora.

El autor principal del artículo que nos ocupa [2], Florian Kraus, de la Universidad Técnica de Múnich, es una autoridad a nivel mundial en la química del flúor inorgánico. Kraus estaba repasando unas notas para un seminario cuando se topó con la historia de la antozonita. Aunque ya la había leído otras veces, en esta ocasión decidió investigar. Viajó a la mina abandonada de Wölsendorf, a 180km de Múnich, y recogió personalmente muestras del mineral.

De vuelta al laboratorio procedió a un primer análisis en la mejor tradición química alemana del XIX: cogió un martillo y pulverizó algunas muestras y, en vez de usar un espectrómetro artificial, usó el que el científico trae de serie y olió el resultado. Para su nariz entrenada aquello no podía ser otra cosa que flúor. Pero para asegurarse se dedicó a oler flúor puro, fluoruro de hidrógeno, fluoruro de xenón y difluoruro de oxígeno. El autor se apresura a recalcar que a concentraciones muy bajas y muy brevemente. [Ni se te ocurra hacerlo a ti, querido lector. Los daños pueden ser muy graves e irreparables.]

Convencido por su nariz pero consciente de que estos resultados del XIX no eran publicables en el XXI, Kraus intentó usar espectroscopia de masas para determinar la naturaleza del gas. El problema es que el flúor es tan reactivo que reacciona con los componentes del espectrómetro (reacciona hasta con el vidrio), por lo que el espectrómetro decía que no había nada cuando era obvio que había algo. Los otros autores son especialistas en resonancia magnética nuclear (RMN). El flúor es monosisotópico (F-19) por lo que se detecta bastante bien con esta técnica en muestras sólidas de antozonita. Los resultados mostraban claramente el pico del diflúor en las muestras de mineral.

Pero, ¿cómo puede existir flúor elemental en el interior del mineral con lo reactivo que es? Kraus propone como mecanismo el efecto de la radiación de las trazas de uranio presentes en el mineral: la radiación beta de la desintegración del uranio y demás nucleidos de su familia es capaz de arrancar el electrón extra del ion fluoruro F^-, convirtiéndolo en un átomo de flúor F, que se combina con otro para formar burbujas, vistas con microscopia electrónica, de hasta 200nm de diámetro de F₂.

Este resultado, aparte de cambiar libros de texto, pone de relieve la capacidad de la RMN para analizar inclusiones gaseosas en minerales.

Finalmente, en la mejor tradición del XIX que impregna esta investigación, los autores afirman que la suya es “la primera prueba directa de que el flúor elemental existe en la naturaleza”, pero ya sabemos que no es así, ¿no?

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de la Química que organiza Un geólogo en apuros.

Referencias:

[1] Snow, T. P., Jr., & York, D. G. (1981). The detection of interstellar fluorine in the line of sight toward Delta Scorpii Astrophysical Journal, 247 (07) DOI: 10.1086/183585

[2] Schmedt auf der Günne, J., Mangstl, M. and Kraus, F. (2012), Occurrence of Difluorine F2 in Nature—In Situ Proof and Quantification by NMR Spectroscopy. Angew. Chem. Int. Ed.. DOI: 10.1002/anie.201203515

 

Buscando vida extraterrestre con un telescopio de Fresnel.

En ocasiones cuando vemos lo extremadamente compleja y cara en términos relativos que es la investigación espacial, nos preguntamos si no habría formas más fáciles y económicas de hacer las cosas. Es lo que nosotros llamamos desasosiego del lápiz ruso. Pensemos ahora en planetas extrasolares y en la complejidad de los sistemas que se usan para detectarlos, no digamos ya para analizar sus atmósferas: ¿habría una forma más económica y más eficiente de hacerlo? A lo mejor sí.

La mayor parte de los telescopios astronómicos emplean la reflexión para enfocar la luz que entra en ellos. Un espejo cóncavo crea una imagen a partir de esta luz siguiendo un diseño original del siglo XVII, obra de Isaac Newton. Los telescopios que no usan la reflexión usan la refracción, es decir, en vez de un espejo usan un sistema de lentes, idea que popularizó Galileo Galilei.

Pero existe una tercera forma de enfocar la luz. Siglo y medio después de Newton y más de dos después de Galileo, Augustin-Jean Fresnel descubrió que también podía usarse la difracción. Un conjunto de discos concéntricos, alternativamente trasparentes y opacos, dispersarían y difundirían las ondas de luz de manera que se reforzasen a una determinada distancia, formando así una imagen. Ese conjunto de discos se denomina placa zonal de Fresnel. Un equipo encabezado por Laurent Koechlin, de la Universidad de Tolosa (Francia), piensa que esta técnica podría ser útil para descubrir vida en otros planetas. Los resultados de sus primeras pruebas aparecen en Experimental Astronomy.

A-J Fresnel

El ver oxígeno es la atmósfera de otro planeta sería un buen indicio de actividad biológica porque este elemento es tan reactivo que se consume rápidamente; si se detecta quiere decir que hay un mecanismo que es capaz de estar creándolo a un ritmo superior o igual al que se consume. Esto podría indicar que en el planeta debe existir algo que se parezca a la fotosíntesis ya que no se conocen procesos no biológicos que puedan producir oxígeno en cantidades suficientes a partir de materiales comunes. Pero observar los planetas extrasolares no es tan fácil, no digamos ya sus atmósferas. Las estrellas son mucho más brillantes que los planetas que las orbitan por lo que su luz ahoga la pequeña parte de ella que refleja el planeta. Y aquí es donde entra Fresnel.

Los telescopios fresnelianos no se han desarrollado porque una imagen formada por uno que fuese capaz de rivalizar con la de un telescopio reflector de un tamaño manejable estaría a kilómetros de la placa zonal. Pero si el telescopio está en el espacio esto no es tan problemático (en términos relativos, como veremos en seguida). El telescopio fresneliano, libre de los efectos perniciosos de la atmósfera terrestre, sería capaz de aislar imágenes de planetas extrasolares y hacer espectros de sus atmósferas, en los que determinadas líneas oscuras nos revelarían la presencia de determinados gases, el oxígeno entre ellos.

Los telescopios espaciales no son nada nuevo, todos conocemos el nombre de varios (Hubble, Kepler, Newton, etc.), y hay unos cuantos más preparándose para ser lanzados. Pero los planes existentes para fotografiar los planetas extrasolares con ellos implican tener varios telescopios reflectores orbitando la Tierra todos apuntando exactamente en la misma dirección. Se necesitan varios porque un sólo espejo lo suficientemente grande como para distinguir a un planeta de la estrella a la que orbita sería demasiado voluminoso como para poder ser lanzado al espacio. El problema surge con la palabra “exactamente”, que quiere decir precisamente eso. El conjunto, para ser efectivo, tendría que moverse coreográficamente con un error permitido de unas pocas micras (millonésimas de metro).

¿Cómo solucionaría estos problemas un telescopio fresneliano? Para empezar la placa zonal es plana, esto significa que la podemos hacer de plástico y plegarla, con lo que el tamaño deja de ser un problema. Haría falta un segundo satélite que llevase la parte receptora (el ocular, una lente especial que también usa óptica de Fresnel, y una cámara para grabar las imágenes) al foco pero, en este caso, es suficiente una precisión de tan solo centímetros, no micras. Esta es la gran ventaja de los frenelianos frente a los newtonianos, cada orden de precisión dispara presupuestos y complejidad técnica.

Para comprobar la idea experimentalmente, el equipo de investigadores construyó un prototipo: una pieza de cobre de 20cmx20cm que tiene 696 anillos; los anillos realmente no son anillos completos, si lo fuesen la pieza se desharía, sino rendijas curvas (véase parte superior de la imagen de arriba). Esto no afecta a las propiedades ópticas del sistema. Como la pieza es tan pequeña su distancia focal es de sólo 18 metros.

En la fotografía que abre esta entrada podemos ver el montaje experimental. El telescopio es el “Grand equatorial” del observatorio de Niza, que se usó tan sólo como soporte de los dispositivos. En el extremo podemos ver la placa de Fresnel cuadrada sujeta con una varilla y un  marco circular, el módulo secundario está justo por encima de la cabeza del operario, a un metro de la base del tubo del telescopio. La luz se propaga por el exterior del Grand equatorial, “al aire”.

Cuando apuntaron el telescopio a Marte los investigadores pudieron distinguir las dos pequeñas lunas del planeta, lo que requeriría un telescopio newtoniano con un espejo de, al menos, 30 cm de diámetro. Y cuando observaron Sirio pudieron ver la débil luz de la enana blanca que orbita la que es la estrella más brillante del cielo nocturno. (Imágenes y detalles técnicos pueden obtenerse en el artículo que está aquí en PDF gratuito; vídeos se pueden descargar de la web de Koechlin)

Extrapolando estos resultados los autores piensan que una placa zonal de un tamaño de entre 15 y 40 metros de diámetro sería suficiente para distinguir el espectro de un planeta parecido a la Tierra a una distancia de 30 años luz. No estaría mal como reivindicación del señor Fresnel.

Referencia:

Koechlin, L., Rivet, J., Deba, P., Serre, D., Raksasataya, T., Gili, R., & David, J. (2012). First high dynamic range and high resolution images of the sky obtained with a diffractive Fresnel array telescope Experimental Astronomy, 33 (1), 129-140 DOI: 10.1007/s10686-011-9277-7

El mecanismo de crecimiento de fullerenos en el espacio es el mismo que en las velas.

¿Qué tienen en común la llama de una vela y las estrellas moribundas desde el punto de vista químico? Se podrán encontrar otras similitudes pero, sin duda, la más espectacular es la presencia de buckybolas, un alótropo del carbono constituido por 60 átomos que forman un balón de fútbol. Esta estructura se descubrió hace 25 años y se la llamó buckminsterfullereno (C60); desde entonces su proceso de creación ha sido un enigma. ¿Cómo se pasa de átomos individuales de carbono a una estructura tridimensional cerrada? Ahora, un equipo de investigadores encabezado por Paul Dunk, de la Universidad del Estado de Florida, publica un mecanismo en Nature Communications que, si bien no es la respuesta completa, se le perece mucho.

El investigador principal del grupo es Harold Kroto, coreceptor del premio Nobel por su trabajo con los fullerenos en general y con el buckminsterfullereno en particular. El buckminsterfullereno fue sintetizado por primera vez por Kroto cuando vaporizaba grafito en helio para recrear las moléculas de carbono que se detectan de las estrellas gigantes rojas.

Podemos imaginar distintas posibilidades para la creación de una buckybola: que se forme primero una lámina tipo grafeno que después se cierre y recombine, hexágonos y pentágonos que se terminan fusionando y seleccionando, etc, etc. Sin embargo los autores tienen pruebas experimentales de que el proceso consiste en la incorporación de átomos de carbono individuales.

La clave experimental del estudio estriba en la utilización de un espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones por transformada de Fourier, que tiene un límite superior de masas muy elevado y una sensibilidad y resolución muy altas. Los investigadores emplearon este equipo para analizar los compuestos que se producían cuando fullerenos del tamaño de buckybolas reaccionaban con carbono vaporizado. Cuando había carbono vaporizado presente aparecía fullerenos grandes que contenían cientos de átomos de carbono. Sin el vapor sólo se detectaban C60 y otros fullerenos algo menores.

A la vista de estos datos los investigadores concluyen que los fullerenos más pequeños deben crecer hasta C60 y fullerenos mayores incorporando átomos de carbono o, a lo sumo, dímeros C2, pero no estructuras mayores. Las fullerenos cerrados (vulgarmente llamados jaulas) no comprometen nunca su estructura cerrada aunque reordenen algunos enlaces, es decir, no se abren para incorporar una estructura mayor a C2. Este extremo fue confirmado experimentalmente atrapando átomos de metal en las jaulas, de las que no podían escapar durante el proceso de crecimiento de éstas.

Por tanto, si bien los fullerenos se pueden formar de arriba a abajo a partir de una lámina de grafeno, los investigadores afirman que la ruta de abajo a arriba es la dominante en la producción de fullerenos.

La distribución de fullerenos en el estudio es muy similar a la que se encuentra en el hollín de las llamas de las velas, lo que sugiere el mismo mecanismo. Por otra parte, las condiciones de los experimentos pueden considerarse parecidas a las que se encuentran en el espacio en las zonas donde se cree que se forman los fullerenos: las eyecciones de las estrellas de carbono y las supernovas proveen las mismas condiciones energéticas que el carbono vaporizado del estudio.

Pero aún hay otro dato muy interesante desde el punto de vista astroquímico. Se solía considerar que era necesaria la ausencia de hidrógeno para la formación de fullerenos; sin embargo, los investigadores reprodujeron los resultados en presencia de hidrógeno. Es decir, este estudio establece una ruta eficiente alternativa a la considerada habitualmente para la formación de fullerenos en el espacio, y abre la posibilidad de encontrar fullerenos en regiones del espacio insospechadas hasta ahora.

Pero el inteligente lector, si ha llegado leyendo hasta aquí, se habrá dado cuenta de que falta la pieza central del puzle: ya sabemos cómo crecen, pero ¿cómo se forman las jaulas más pequeñas? ¿Cómo se fusionan cadenas y anillos de carbono al principio? Nadie lo sabe. ¿Quieres un tema interesante para la tesis?

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVI Edición del Carnaval de Química que organiza el blog ¡Jindetrés, sal! 

Referencia: 

Dunk, P., Kaiser, N., Hendrickson, C., Quinn, J., Ewels, C., Nakanishi, Y., Sasaki, Y., Shinohara, H., Marshall, A., & Kroto, H. (2012). Closed network growth of fullerenes Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1853

El metano en Marte vendría de los meteoritos (y no de vida), después de todo.

Meteorito Murchison

El problema del metano en Marte es muy interesante por varios motivos: químicos, atmosféricos, geológicos, planetarios y biológicos. Nos habla de nuestra capacidad de explorar la composición de cuerpos diferentes a la Tierra. Por este mismo motivo en este blog hay varias referencias al mismo, véase por ejemplo ¿Hay o no hay metano en Marte?. Una exposición del estado de la cuestión y de su importancia puede verse en este vídeo de la conferencia que di en la Universidad de Murcia.

Hay una novedad importante, tanto como para que se publique en Nature. Podría ser que el origen del metano en Marte estuviese en los meteoritos, después de todo. Pero por una vía insospechada hasta ahora.

Como tienes más información detallada en el vídeo y en el enlace de arriba, resumamos esquemáticamente el estado de la cuestión antes de entrar a explicar el nuevo descubrimiento.

1. Casi una década después de que se informase de la detección de metano en Marte todavía se está discutiendo la fiabilidad de las observaciones.
2. La presencia observada de metano varía con la localización y la estación del año.
3. La discusión sobre las posibles fuentes de metano que expliquen las observaciones ha sido todavía más intensa:
3.1 Como la vida del metano en la atmósfera de Marte es limitada debe existir un proceso en la superficie o debajo de ella que lo produzca de forma continua y asociado a las estaciones.
3.2 Una de las posibles explicaciones es la metanogénesis microbiana, esto es, que exista vida en Marte
3.3 Existen explicaciones alternativas puramente geoquímicas, lo que tendría implicaciones importantes sobre la geología de Marte
3.4 El aporte de metano durante la ablación de los meteoritos carbonáceos que caen sobre Marte se considera despreciable.

Distribución de metano en el verano marciano

Y así estaba la cosa, pendientes de que Curiosity llegue a Marte en agosto y nos permita saber algo más. Pero el equipo encabezado por Frank Keppler, del Instituto Max Planck de Química (Alemania), ha dado con una ruta sintética que podría explicar las observaciones actuales con bastante aproximación. Lo más importante es que, además, el mecanismo es sencillo y plausible. Y este mecanismo surge de la respuesta a la pregunta que se propuso responder el equipo de investigadores, que no puede parecer más tonta: ¿qué les pasa a los meteoritos después de llegar a la superficie?

Las condritas carbonáceas, un tipo de meteorito rico en materiales orgánicos, bombardean con mucha frecuencia la superficie de Marte. Por eso se pensó en ellos como posible fuente del metano, que liberarían durante el proceso de entrada en la atmósfera y su viaje por ella (ablación). Pero, como decíamos arriba, los cálculos dicen que el aporte de metano por esta vía es despreciable. Sin embargo, cuando llegan al suelo marciano, se ven sometidas a una radiación ultravioleta sin filtrar. Recordemos que la atmósfera marciana es básicamente dióxido de carbono, y que no tiene una capa de ozono como la Tierra que filtre buena parte de la radiación ultravioleta.

Investigaciones previas demuestran que la radiación ultravioleta puede provocar la emisión de metano de restos vegetales muertos sin que intervengan bacterias. ¿Ocurriría lo mismo con un meteorito carbonáceo?

El equipo de investigadores tomó muestras del meteorito que cayó en Australia en 1969, conocido como Murchison, una condrita carbonácea cuya composición química se considera muy parecida a la de los meteoritos que caen habitualmente sobre Marte. Tras someterlas a radiación ultravioleta en las condiciones del suelo marciano, los investigadores encontraron (para su sorpresa) que se liberaba metano en cantidades suficientes como para dar cuenta de buena parte del metano observado.

Este dato, de confirmarse, no excluiría completamente el origen biológico del metano marciano pero si lo hace muy poco probable.

El inteligente lector, en este punto, se estará haciendo algunas preguntas pertinentes. Una de ellas es como accede la radiación ultravioleta al interior del meteorito, puesto que su superficie habrá sido alterada por el proceso de entrada y es poco probable que pueda producir metano. Este es uno de los puntos menos fuertes de la hipótesis: hace falta mucha meteorización que produzca la rotura del meteorito y que permita el acceso de la radiación ultravioleta al interior. Sin embargo, esto casa muy bien con la estacionalidad, ya que las diferencias de temperatura podrían fraccionar el meteorito.

La otra gran pregunta es cómo se descarta el origen terrestre del metano generado o, dicho de otra forma, cómo se garantiza que las muestras no están contaminadas. Muy sencillo: por la identificación isotópica. Las muestras extraterrestres tienen una proporción de isótopos de hidrógeno diferente a la terrestre. La composición isotópica del carbono sin embargo es muy similar, por lo que no serviría para la identificación de una hipotética vida marciana.

Démonos cuenta de que el problema del metano en Marte es una piedra de toque para nuestra capacidad de analizar la composición de planetas y satélites a distancia. Lo mejor del asunto es que la hipótesis del origen meteorítico del metano es algo a lo que Curiosity puede aportar datos.

Referencia:

Keppler, F., Vigano, I., McLeod, A., Ott, U., Früchtl, M., & Röckmann, T. (2012). Ultraviolet-radiation-induced methane emissions from meteorites and the Martian atmosphere Nature DOI: 10.1038/nature11203

Mis misterios astroquímicos favoritos

Espacio profundo

El estudio de la composición y transformaciones de la materia que compone el universo está lleno de misterios por descubrir: desde cuál es el origen de las líneas espectroscópicas desconocidas a los distintos mecanismos de reacción que pueden dar lugar a especies muy complejas en el espacio interestelar. De todos ellos hay tres que a mi se me antojan fundamentales y que presento brevemente a continuación. Es una opinión personal, por lo que me encantará conocer la tuya.

#3 ¿Qué ocurre con la materia orgánica en los discos protoplanetarios?

Cotidianamente nos asaltan noticias de que se ha detectado tal o cual compuesto orgánico en una nube interestelar, desde fulerenos a aminoácidos. Estas noticias se suelen relacionar invariablemente con el origen de la vida soslayando una dificultad no menor. Si la vida surge en los planteas (en sentido amplio), ¿cómo llegan estas sustancias a ellos?

Nebulosa protoplanetraia

Los planetas, cometas y meteoritos se forman a partir de discos planetarios en los que las condiciones físicas y químicas en las que se formaron esos compuestos cambian radicalmente. En 2008 se observaron por primera vez agua y compuestos orgánicos sencillos (cianuro de hidrógeno, acetileno, dióxido de carbono) en un disco protoplanetario alrededor de AA Tauri y en 2011 grandes cantidades de agua alrededor de TW Hydrae. Entonces, ¿qué ocurre con las sustancias que se detectan en el medio interestelar cuando pasan a formar parte de un disco protoplanetario? ¿Desaparecen, se quedan igual, proliferan?

#2 ¿Dónde está el litio?

Los modelos existentes del Big Bang indican que poco tiempo después se crearon tres elementos, hidrógeno, helio y litio. Si esto es así, el litio debería ser más abundante en el universo de lo que es.

Nucleosíntesis primordial

Las observaciones de las estrellas más antiguas, formadas a partir de los materiales más parecidos a los del Big Bang, indican de 2 a 3 veces menos litio del que pronostican los modelos teóricos. Una posible explicación es que la falta de litio en estas estrellas podría deberse a que es destruido en el interior de ellas, ya que simplemente basta la colisión con un protón por encima de 2,4 millones de grados Celsius para que transmute en dos núcleos de helio (una estrella con la décima parte de la masa del Sol puede alcanzar los 4 millones en su núcleo). Pero ocurre que el litio es más abundante de lo que predice la teoría en las estrellas de última generación, o dicho de otra forma, estas estrellas parecen estar produciéndolo sin que sepamos realmente cómo.

Últimamente han aparecido indicios que apuntarían a que el litio podría estar “mezclado” en las estrellas antiguas y que no lo podemos observar bien, y teóricos que afirman que unas partículas subatómicas hipotéticas llamadas axiones habrían absorbido más protones de lo que se pensaba en el Big Bang. El hecho cierto es que no sabemos dónde está el litio que falta.

#1 ¿Qué es la materia oscura?

Este es el mayor misterio de todos para un astroquímico. Más del 80% de la materia del universo tiene una composición desconocida. Esta materia es invisible a los telescopios porque no interactúa con la radiación electromagnética (por eso se llama oscura) pero sus efectos gravitacionales son evidentes en la formación de estrellas y cúmulos galácticos, y pueden ser percibidos en la formación de lentes gravitacionales como las de la imagen.

Se especula con que en su composición entren partículas subatómicas que son diferentes de las que componen la materia que nos rodea, entre éstas estarían los axiones que mencionábamos más arriba, por lo que a la materia oscura a veces se la llama materia no bariónica.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XV Edición del Carnaval de Química que organiza El cuaderno de Calpurnia Tate. 

Química orgánica ultrafría en el medio interestelar.

NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Un equipo de investigadores encabezado por Dorian Parker, de la Universidad de Hawái (EE.UU.), ha descubierto una nueva ruta química a muy baja temperatura para la síntesis de naftaleno. Estos resultados podrían explicar la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en las regiones ultrafrías del espacio interestelar. El descubrimiento también puede ayudar a reducir la emisión de HAP tóxicos en los motores de combustión interna. El estudio se publica en los Proceedings of the National Academy of Sciences.

Cuando en la Tierra se habla de HAP suele ser para referirse a los procesos de combustión incompleta y a cómo se forman rápidamente a temperaturas elevadas en los motores de combustión interna o en el humo del tabaco. Una vez liberados en el aire los HAP pueden llegar a los pulmones donde su potencial carcinogénico los convierten en un riesgo mayor para la salud. Si llegan al agua la contaminan seriamente, bioacumulándose en el tejido graso de los seres vivos (algunos de los cuales nos comemos después). Los HAP están relacionados pues con la contaminación del suelo, los envenenamientos alimentarios, las lesiones en el hígado y el crecimiento de tumores.

Paradójicamente lo que en la Tierra puede clasificarse como altamente tóxico, en astrobiología se considera uno de los principales participantes en la evolución química en el medio interestelar. Así, por ejemplo, se encontraron HAP que portaban grupos funcionales carboxilo e hidroxilo en los extractos orgánicos del meteorito Murchison que formaban estructuras limitativas parecidas a membranas: los primeros indicios de una estructura protocelular, un requisito para el origen de la vida.

Naftaleno

Existe, además, otra paradoja: si en la Tierra los HAP se forman a muy alta temperatura, ¿cómo pueden existir en las cantidades en las que lo hacen en el medio interestelar con temperaturas sólo unos grados por encima del cero absoluto? El hecho cierto es que el proceso de formación de los HAP no se conoce suficientemente bien, ni siquiera el de su componente más sencillo, el naftaleno (C₁₀H₈).

Cuando se habla de la formación los mecanismos de reacción que se suelen mencionar implican secuencias aHaA, es decir, reacciones de abstracción (eliminación bimolecular) de hidrógeno combinadas con adición de acetileno. Una análisis termodinámico elemental muestra que las secuencias aHaA tienen una energía de activación muy altas, es decir, para que se inicien son necesarias temperaturas de varios miles de grados, como las que se encuentran en los procesos de combustión o en los flujos de las estrellas ricas de carbono y en las nebulosas planetarias.

Sin embargo, este proceso de formación de HAP no explica la presencia de HAP medida en el medio interestelar. En éste los HAP son destruidos rápidamente por fotolisis y por los rayos cósmicos. Las tasas de destrucción son mucho más altas que las de inyección de nuevo producto en el medio interestelar por las estrellas de la Rama Asintótica Gigante (RAG) y las nebulosas planetarias ricas en carbono descendientes de estrellas RAG. Por tanto debe existir un proceso de formación de HAP desconocido que explique la rápida y ubicua proliferación de HAP en el medio interestelar a temperaturas de 10K, temperaturas a las que las secuencias aHaA no pueden iniciarse.

Parker et al. demuestran que es posible la formación de naftaleno como consecuencia de una simple colisión entre un radical fenilo y vinilacetileno en fase gaseosa y la formación de un complejo intermedio por fuerzas de van der Waals, sin necesidad de una energía de activación. Los datos experimentales fueron corroborados por un análisis teórico de la reacción y simulaciones por ordenador. Este mecanismo podría explicar, pues, la formación de naftaleno a 10K

Si bien en el futuro habrá que encontrar mecanismos para la formación de HAP más complejos, como el fenantreno y el antraceno, o que contengan nitrógeno, como el indol o la quinolina, este trabajo demuestra por primera vez que la química a muy baja temperatura juega un papel crítico en la formación de compuestos orgánicos complejos en el medio interestelar.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XI edición del Carnaval de Química que organiza La aventura de la ciencia. 

Referencia:

Parker, D., Zhang, F., Kim, Y., Kaiser, R., Landera, A., Kislov, V., Mebel, A., & Tielens, A. (2011). Low temperature formation of naphthalene and its role in the synthesis of PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) in the interstellar medium Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (1), 53-58 DOI: 10.1073/pnas.1113827108

Conferencia en la Universidad de Murcia: ¿Hay o no hay metano en Marte?

Dentro de las jornadas "Los blogs como medio emergente de divulgación de la ciencia" el próximo sábado 14 de enero daremos una charla sobre la problemática de la búsqueda de vida en en otros planetas, partiendo de algo tan aparentemente sencillo como determinar si hay o no metano en Marte.

Las jornadas han sido promovidas por Daniel Torregrosa (Ese punto azul pálido) y José Manuel López Nicolás (Scientia), a los que desde aquí agradezco su amable invitación.

El programa completo de las jornadas aparece a continuación; la asistencia es gratuita hasta completar el aforo del Salón de Grados de la Facultad de Derecho (Campus de la Merced). Espero veros allí.

PROGRAMA

 “LOS BLOGS COMO MEDIO EMERGENTE DE DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA”

 VIERNES 13 DE ENERO

 16:00 h. Presentación de las Jornadas

 BLOQUE I: LA DIVULGACIÓN DESDE EL ÁMBITO ACADÉMICO

16:15-16:45 h. “¿Qué pueden aportar los blogs a las actividades académicas de investigación? Mi experiencia personal.” Pablo Artal.

16:45-17:15 h. “Los Blogs en el área de humanidades.” Pascual Pérez Paredes.

17:15-17:45 h. Pausa

17:45-18:15 h. “Blogs y WebQuest como herramientas académicas de la enseñanza de las ciencias en Secundaria.” José Frutos.

18:15-18:45 h. “¿Cómo hacer un blog?” Antonio Ruiz.

18:45-19:30 h. Mesa redonda: “El rigor científico de los blogs.”

Intervienen: Francisco García Carmona, Carlos García Izquierdo y Juan Mª Vázquez. Modera: Pablo Artal.

 SÁBADO 14 DE ENERO

 BLOQUE II: PERIODISMO CIENTÍFICO

Presentación: José Antonio Lozano Teruel.

9:30-9:50 h. “Experiencias de periodismo científico desde la Universidad de Murcia: Prinum, Ciencia y Media, Campus Mare Nostrum.”

Delfina Roca, Rebeca Escribano y Pablo Muñiz.

9:50-10:10 h. “Divulgación y difusión científica en las redes sociales.” Aurora Ferrer.

10:10-10:30 h. “Bares y Ciencia.” Javier Peláez.

10:30-11:00 h. Mesa redonda: “Comunicación científica.” Intervienen: ponentes y público. Modera: José A. Lozano Teruel.

11:00-11:30 h. Pausa

BLOQUE III: DIVULGACIÓN CIENTÍFICA AMATEUR

Presentación: Javier Peláez.

11:30-11:50 h. “La mala Ciencia en el etiquetado y la teoría de los 6 grados de separación” José Manuel López Nicolás.

11:50-12:10 h. “Virus: de la realidad a la ficción.” Enrique Royuela.

12:10-12:30 h. “¿Hay o no hay metano en Marte?” César Tomé.

12:30-12:50 h. “Los transgénicos, o como bloguear sobre un tema impopular.”José Miguel Mulet.

12:50-13:20 h. “¿Miedo a la Física? ¿Quién, yo?” Sergio Palacios.

13:20-14:00 h. Mesa redonda de los ponentes y otros blogueros invitados. Preguntas del público y Twitter a todos. Modera: Daniel Torregrosa.

 14:00 h. Clausura de las Jornadas

COORDINADORES DE LAS JORNADAS

Antonio Guirao Piñera. Profesor Titular de Física. Coordinador de la Unidad de Cultura Científica, UMU.

Daniel Torregrosa López. Licenciado en Química por la Universidad de Murcia, especialidad en Bioquímica. Blog: “Ese Punto Azul Pálido”.

José Manuel López Nicolás. Profesor Titular de Bioquímica y Biología Molecular, UMU. Blog: “Scientia”.

Miguel Motaz Guzmán. Profesor Titular de Toxicología. Coordinador de Promoción de la Investigación, UMU. Blog: “Expedición en la Antártida”.

Pablo Artal Soriano. Catedrático de Óptica, UMU. Presidente de la Academia de Ciencias de la Región de Murcia. Blog: “Optics Confidential” y “Visión de Lejos”.

PARTICIPANTES EN LAS JORNADAS

Antonio Ruiz Martínez. Profesor Contratado Doctor de Ingeniería de la Información y las Comunicaciones,Universidad de Murcia (UMU).

Aurora Ferrer. Periodista y coordinadora de redes sociales de la revista “Quo”. Blog:“Lenguas Calvas”.

Carlos García Izquierdo. Profesor de Investigación del Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura. Secretario de la Academia de Ciencias de la Región de Murcia (ACRM).

César Tomé. Licenciado en Ciencias Químicas y Máster en Neurociencia y Biología del comportamiento. Directivo de empresa. Blog: “Experientia Docet”.

Daniel Torregrosa López. Licenciado en Química por la Universidad de Murcia, especialidad en Bioquímica. Blog: “Ese Punto Azul Pálido”.

Delfina Roca Marín. Licenciada en Periodismo y Publicidad. Máster en Comunicación. Técnico especialista en comunicación y actividades de difusión del Vic. de Investigación y Campus de Excelencia, UMU.

Enrique Royuela. Doctor en Biología por la Universidad de Alicante. Responsable de la Red Social “Feelsynapsis” y de la revista online de divulgación científica “Journal of Feelsynapsis”.

Francisco García Carmona. Catedrático de Bioquímica y Biologia Molecular, UMU. Académico de la ACRM.

Javier Peláez. Co-Fundador de “Amazings”. Editor de la sección de Ciencia de Yahoo España. Blog: “La Aldea Irreductible”.

José Frutos Lorca. Licenciado en Ciencias Físicas. Profesor de Secundaria. Autor de Web Quest de Física y Química.

José Manuel López Nicolás. Profesor Titular de Bioquímica y Biología Molecular, UMU. Blog: “Scientia”.

José Antonio Lozano Teruel. Catedrático Emérito de Bioquímica y Biología Molecular, UMU. Autor de la sección “Ciencia y Salud” del periódico La Verdad. Divulgador científico.

José Miguel Mulet. Profesor Titular de Biotecnología, Universidad Politécnica de Valencia. Blog: “Los productos naturales ¡vaya timo!”.

Juan María Vázquez Rojas. Catedrático de Medicina y Cirugía Animal. Vicerrector de Investigación y Campus de Excelencia, UMU. Académico de la ACRM.

Pablo Artal Soriano. Catedrático de Óptica, UMU. Presidente de la Academia de Ciencias de la Región de Murcia. Blog: “Optics Confidential” y “Visión de Lejos”.

Pablo Muñiz. Periodista. DirCom del Campus Mare Nostrum.

Pascual Pérez Paredes. Profesor Titular de Filología Inglesa, UMU. Coordinador de la UMU para el Campus Mare Nostrum. Blogs personales académico y de investigación.

Rebeca Escribano. Periodista. Redactora de los programas Ciencia y Media yMicrociencia de Onda Regional.

Sergio Palacios. Profesor Titular de Física, Universidad de Oviedo. Blog: “Física en la Ciencia Ficción”.