Mo­lé­cu­las en el es­pa­cio

Muy Interesante (Chile) - - SUMARIO - Por Án­ge­la Po­sa­da-Swaf­ford

La cru­za­da por el Cos­mos de Ewi­ne van Dis­hoeck, ga­na­do­ra del Premio Ka­vli de As­tro­fí­si­ca 2018.

Las nu­bes mo­le­cu­la­res son co­mo pla­cen­tas en el es­pa­cio que pro­te­gen a par­tí­cu­las re­cién for­ma­das. El tra­ba­jo pio­ne­ro de Ewi­ne van Dis­hoeck es­tá per­mi­tien­do en­ten­der có­mo se for­man es­tre­llas y pla­ne­tas a par­tir de ‘pol­vo es­te­lar’.

La Sa­la de Con­cier­tos de Os­lo, en No­rue­ga, es­tá de­co­ra­da en do­ra­do y azul ul­tra­ma­rino, en ho­nor de la ele­gan­te ce­re­mo­nia de los Pre­mios Ka­vli 2018, que ca­da dos años hon­ra lo me­jor en ma­te­ria de in­ves­ti­ga­ción en tres dis­ci­pli­nas es­pe­cí­fi­cas: na­no­tec­no­lo­gía, as­tro­fí­si­ca y neu­ro­cien­cias, re­co­no­cien­do la ciencia de “lo más pe­que­ño, lo más gran­de y lo más com­ple­jo”. Sen­ta­da en una si­lla del es­ce­na­rio, la as­tró­no­ma ho­lan­de­sa de 63 años Ewi­ne van Dis­hoeck es­tá a punto de re­ci­bir de ma­nos del rey Ha­rald V el mi­llo­na­rio premio en la ca­te­go­ría de As­tro­fí­si­ca que tra­di­cio­nal­men­te se otor­ga a tres cien­tí­fi­cos, pe­ro que es­ta vez va pa­ra ella so­la por su tra­ba­jo con la quí­mi­ca del es­pa­cio in­ter­es­te­lar. Las lu­ces so­bre su ves­ti­do azul, exac­ta­men­te del mis­mo tono del de­co­ra­do del tea­tro, la ha­cen ver ca­si co­mo si es­tu­vie­ra su­mer­gi­da ba­jo el mar abier­to. La ima­gen no es del to­do in­co­rrec­ta por­que, aun­que Van Dis­hoeck no es ocea­nó­gra­fa sino ex­per­ta en quí­mi­ca, su ca­rre­ra es­tá de­fi­ni­da por la bús­que­da de las mo­lé­cu­las de agua en el es­pa­cio.

“Mi man­tra es ‘si­gue las hue­llas del agua’ por­que es­te ele­men­to es in­dis­pen­sa­ble pa­ra la vi­da tal co­mo la co­no­ce­mos”, afir­ma. “Pe­ro en el es­pa­cio hay mu­cho más que agua. Tan­to, que ape­nas es­ta­mos em­pe­zan­do a des­cu­brir to­da una quí­mi­ca nue­va; es de­cir, ele­men­tos or­ga­ni­za­dos en mo­lé­cu­las que no exis­ten en la Tie­rra. Has­ta aho­ra se han des­cu­bier­to más de 200 mo­lé­cu­las ex­tra­te­rres­tres. In­vén­te­se una mo­lé­cu­la, no im­por­ta lo es­tram­bó­ti­ca que sea, y no es im­po­si­ble pen­sar que exis­ta o que ha­ya exis­ti­do en al­gu­na par­te de la in­men­si­dad del es­pa­cio”.

Y no só­lo hay mo­lé­cu­las ra­ras, sino aque­llas que co­no­ce­mos bien, co­mo las del azú­car y del al­cohol. “¡Ima­gi­ne un es­pa­cio lleno de tra­gos! Pues ahí es­tá”, ex­cla­ma rien­do. “Lo que ha­go es es­tu­diar có­mo la quí­mi­ca en­tre los áto­mos que hay allá arri­ba con­lle­va a for­mar mo­lé­cu­las, que son los blo­ques Le­go más bá­si­cos con los que es­tá ar­ma­da la ma­te­ria del uni­ver­so. Quie­ro en­ten­der qué tan com­ple­ja es esa quí­mi­ca y qué reac­cio­nes cons­tru­yen o des­tru­yen las de­li­ca­das mo­lé­cu­las”.

Los avan­ces pio­ne­ros de Van Dis­hoeck con el co­no­ci­mien­to de la quí­mi­ca es­pa­cial se han da­do no na­da más a tra­vés de ob­ser­va­cio­nes en ra­dio­te­les­co­pios, sino en ex­pe­ri­men­tos en su la­bo­ra­to­rio y tam­bién en mo­de­los teó­ri­cos. Es lo que ella lla­ma ‘el trián­gu­lo do­ra­do’ en ma­te­ria de es­tu­dios.

“Me enamo­ré de la Quí­mi­ca a ni­vel de mo­lé­cu­las a los 15 años, gra­cias a un pro­fe­sor”, re­cuer­da es­ta cien­tí­fi­ca una ma­ña­na de sol ra­dian­te en Os­lo. Van Dis­hoeck es una mu­jer me­nu­da y cá­li­da. Ríe con fre­cuen­cia y, al ha­cer­lo, sus ojos ca­si des­apa­re­cen en­tre las ren­di­jas de los pár­pa­dos. Tie­ne esa cla­se de ac­ti­tud jo­vial que in­vi­ta a que­rer sen­tar­se a su la­do por mu­chas ho­ras. “Des­pués aña­dí al­go de Fí­si­ca y al mis­mo tiem­po co­men­cé a to­car el vio­lín con la Or­ques­ta Ju­ve­nil de Lei­den, que fue don­de co­no­cí a mi ma­ri­do, Tim de Zeeuw, tam­bién as­tró­no­mo y vio­li­nis­ta. Y fue él quien me me­tió en la ca­be­za la idea de la quí­mi­ca in­ter­es­te­lar”.

La co­sa es que la gen­te pien­sa que el es­pa­cio es­tá va­cío, pe­ro en reali­dad el me­dio in­ter­es­te­lar (el es­pa­cio en­tre es­tre­llas, pla­ne­tas y ga­la­xias) es­tá lleno de un gas muy di­lui­do. Y dis­per­sos en él hay lo que uno po­dría nom­brar coá­gu­los de ma­te­ria: cú­mu­los den­sos que los as­tró­no­mos lla­man ‘nu­bes mo­le­cu­la­res’ por­que es­tán lle­nas de pol­vo y mo­lé­cu­las suel­tas. Es allí, den­tro de es­tas nu­bes os­cu­ras, don­de se crían las es­tre­llas y los pla­ne­tas.

Sa­cos de car­bón

El tra­ba­jo ga­lar­do­na­do de Ewi­ne con­sis­tió en en­ten­der có­mo las ne­bu­lo­sas son es­pe­cies de pla­cen­tas cós­mi­cas don­de se dan las con­di­cio­nes apro­pia­das de quí­mi­ca, tem­pe­ra­tu­ra y pre­sión pa­ra per­mi­tir que las mo­lé­cu­las se for­men, que­dan­do al mis­mo tiem­po es­con­di­das y pro­te­gi­das de la bru­tal ra­dia­ción ul­tra­vio­le­ta que hay fue­ra de los cú­mu­los. “En­ton­ces esas lin­das par­tes bri­llan­tes de co­lo­res que us­ted ve en las fo­tos es­pa­cia­les son un am­bien­te le­tal pa­ra una mo­lé­cu­la”, ex­pli­ca. “Lo que a mí me in­tere­sa es lo que es­tá pa­san­do en lo más pro­fun­do de esas nu­bes ne­gras, tan os­cu­ras, que las lla­ma­mos ‘sa­cos de car­bón’, por­que ésos son los ver­da­de­ros la­bo­ra­to­rios de quí­mi­ca que exis­ten en el es­pa­cio, las fá­bri­cas de las es­tre­llas. Y son enor­mes, ya que pue­den lle­gar a te­ner de­ce­nas de años luz”.

Pe­ro al mis­mo tiem­po, esas nu­bes con­tie­nen muy po­ca ma­sa. De he­cho son 99 por cien­to ‘hi­dró­geno mo­le­cu­lar’ (una mo­lé­cu­la for­ma­da por dos áto­mos de hi­dró­geno) y ape­nas uno por cien­to de pol­vo de sí­li­ce, al­go así co­mo gra­nos de are­na en una pla­ya, pe­ro mil ve­ces más pe­que­ños. Den­tro de di­chas nu­bes mo­le­cu­la­res la tem­pe­ra­tu­ra es real­men­te muy ba­ja: me­nos de 10 gra­dos kel­vin (-263 ºC). Y la den­si­dad es de 300 mo­lé­cu­las por cen­tí­me­tro cú­bi­co. Eso no es na­da cuan­do se com­pa­ra con la den­si­dad que po­see nues­tra at­mós­fe­ra, que es tres ve­ces diez a la no­ven­ta mo­lé­cu­las por cen­tí­me­tro cú­bi­co. Y en el la­bo­ra­to­rio, lo má­xi­mo que los cien­tí­fi­cos han lo­gra­do apro­xi­mar­se al ul­tra­va­cío del es­pa­cio es un mi­llón de ve­ces.

“De tal for­ma que cuan­do un as­tró­no­mo ha­bla de una ‘nu­be den­sa’, si­gue sien­do un mi­llón de ve­ces más va­cía de lo que he­mos po­di­do si­mu­lar en la Tie­rra.”

Las mo­lé­cu­las vi­bran y ro­tan cons­tan­te­men­te, co­mo bai­la­ri­nas, y al ha­cer­lo de­la­tan su pre­sen­cia. “Afor­tu­na­da­men­te, gra­cias a las le­yes de la me­cá­ni­ca cuán­ti­ca, ca­da mo­lé­cu­la tie­ne su pro­pia fre­cuen­cia. Es ni más ni me­nos un có­di­go de ba­rras, co­mo los pro­duc­tos del su­per­mer­ca­do”, am­plía la as­tró­no­ma otro día, du­ran­te un sim­po­sio en la Uni­ver­si­dad de Os­lo. “No hay for­ma de con­fun­dir una con otra.”

Es­te ‘có­di­go de ba­rras’ pa­re­ce más el grá­fi­co de un elec­tro­car­dio­gra­ma, con va­lles y pi­cos en una línea con­ti­nua. Y no hay dos igua­les. Los as­tro­fí­si­cos las lla­man ‘lí­neas mo­le­cu­la­res’.

Pa­ra de­tec­tar mo­lé­cu­las en el es­pa­cio hay que usar los más po­de­ro­sos ra­dio­te­les­co­pios. Aque­llos ca­pa­ces de re­ci­bir con al­ta re­so­lu­ción las se­ña­les que lle­gan en los ran­gos in­fra­rro­jo o de on­das mi­li­mé­tri­cas. Co­mo por ejem­plo el Ata­ca­ma Lar­ge Mi­lli­me­ter Array, ALMA, el más avan­za­do ob­ser­va­to­rio de ra­dio del mun­do, en el de­sier­to chi­leno. De he­cho, Ewi­ne

Los gra­nos de pol­vo en las nu­bes mo­le­cu­la­res son co­mo un bar de sol­te­ros: allí se pe­gan las mo­lé­cu­las

bus­can­do pa­re­ja.

van Dis­hoeck ju­gó un pa­pel de­ci­si­vo en su cons­truc­ción, unien­do a los pro­po­nen­tes del ins­tru­men­to a am­bos la­dos del Atlán­ti­co y su­gi­rien­do to­da cla­se de so­lu­cio­nes tec­no­ló­gi­cas pa­ra las an­te­nas y sus ins­tru­men­tos.

A su vez, las re­ve­la­cio­nes de ALMA han par­ti­do en dos el an­tes y des­pués de la as­tro­quí­mi­ca. En­tre mu­chas otras, el ins­tru­men­to ha ha­lla­do mo­lé­cu­las de azú­car y al­cohol, y al­gu­nas más que son ca­rac­te­rís­ti­cas de los ami­noá­ci­dos. Más in­te­re­san­te to­da­vía, des­cu­brió una mo­lé­cu­la ‘qui­ral’ flo­tan­do en el es­pa­cio, es de­cir, una mo­lé­cu­la que po­see un la­do de­re­cho y uno iz­quier­do, co­mo nues­tras ma­nos, pul­mo­nes o ri­ño­nes. Y eso es gi­gan­tes­co por­que la qui­ra­li­dad es un ras­go esen­cial pa­ra la exis­ten­cia de vi­da tal co­mo la co­no­ce­mos.

El es­pa­cio es­tá lleno de al­cohol y azú­car. Tam­bién hay mu­cha agua.

Bar de sol­te­ros

El tra­ba­jo de Van Dis­hoeck, in­clu­yen­do el de su la­bo­ra­to­rio, que si­mu­la las con­di­cio­nes a las que se en­fren­tan las mo­lé­cu­las en el es­pa­cio, es­tá per­mi­tien­do com­pro­bar sus hi­pó­te­sis de có­mo na­cen las es­tre­llas y pla­ne­tas.

“Aquí tie­nes tu hi­dró­geno”, ex­pli­ca mien­tras des­ar­ma un mo­de­lo de plás­ti­co de la mo­lé­cu­la del agua. “Ése fue he­cho en el Big Bang. Y aquí tie­nes tu oxí­geno, que fue he­cho más tar­de den­tro de la fu­sión nu­clear de las es­tre­llas. En la so­le­dad del va­cío del es­pa­cio in­ter­es­te­lar, ha­cer que es­tos dos se en­cuen­tren y se ‘ca­sen’ es co­sa di­fí­cil. Pe­ro re­sul­ta que las nu­bes mo­le­cu­la­res son lo que uno po­dría lla­mar ‘el bar de sol­te­ros’ del es­pa­cio. Es­to es por­que tie­nen gran­des con­cen­tra­cio­nes de gra­ni­tos de pol­vo, y allí en su su­per­fi­cie se pe­gan los áto­mos de hi­dró­geno y oxí­geno. Di­cho de otro mo­do, es ahí don­de se co­no­cen, se ca­san y for­man agua, pe­ro con­ge­la­da.”

“Es­tos hie­li­tos di­mi­nu­tos son muy abun­dan­tes en la fa­se de la pro­to­es­tre­lla”, aña­de la as­tró­no­ma. Y a ellos a su vez se van ad­hi­rien­do otros ele­men­tos pe­sa­dos y for­man­do un ver­da­de­ro coc­tel de amo­nía­co, dió­xi­do de car­bono y me­tano. ¡Pe­ro for­mar una ca­pa con­ge­la­da so­bre uno de los ín­fi­mos gra­nos de pol­vo es un pro­ce­so que tar­da cien mil años!

“No­so­tros he­mos ace­le­ra­do el pro­ce­so en el la­bo­ra­to­rio, por lo que cree­mos que en­ten­de­mos bien có­mo se for­ma el agua allá afue­ra: es al­go que su­ce­de gra­cias a las nu­bes mo­le­cu­la­res. He­mos cal­cu­la­do que en ca­da una de es­tas nu­bes os­cu­ras pue­de exis­tir has­ta un mi­llón de océa­nos de agua en for­ma de hie­lo. Po­de­mos de­cir que he­mos ha­lla­do agua y mo­lé­cu­las or­gá­ni­cas com­ple­jas al­re­de­dor de ca­si to­das las es­tre­llas que se es­tán for­man­do en to­da la Vía Lác­tea. Y en­ton­ces, el ma­te­rial pre­bió­ti­co, los la­dri­llos bá­si­cos pa­ra la vi­da, se en­cuen­tra fá­cil­men­te”, cuen­ta Van Dis­hoeck, aña­dien­do que a ve­ces se ob­ser­va a sí mis­ma ana­li­zan­do la eco­lo­gía de es­tas mo­lé­cu­las co­mo lo ha­ría cual­quier zoó­lo­go que es­tu­dia ani­ma­les en la Tie­rra pre­gun­tán­do­se có­mo y por qué hay tan­tas cria­tu­ras en

unas re­gio­nes y tan po­cas en otras; por qué se han ex­tin­gui­do en cier­tas par­tes del uni­ver­so o más im­por­tan­te: qué va­ria­bles afec­tan su com­por­ta­mien­to den­tro de su ma­triz de nu­bes.

Na­ce una es­tre­lla

Du­ran­te mi­llo­nes de años es­tas nu­bes os­cu­ras per­ma­ne­cen es­ta­bles. “Pe­ro en al­gún mo­men­to, cuan­do la nu­be ha ad­qui­ri­do un ta­ma­ño de 20,000 uni­da­des as­tro­nó­mi­cas (20 mil ve­ces la dis­tan­cia de la Tie­rra al Sol), la gra­ve­dad co­mien­za a ga­nar. En­ton­ces la nu­be co­lap­sa y em­pie­za a for­mar una pro­to­es­tre­lla ro­dea­da por un ha­lo de to­do ese ma­te­rial que an­tes fue­ran mo­lé­cu­las y aho­ra son gra­nos de hie­lo. En­ton­ces to­do eso ini­cia a ro­tar, los gra­ni­tos de hie­lo cho­can en­tre sí, se vuel­ven pie­dras, lue­go ro­cas y even­tual­men­te pla­ne­tas.”

Ese ha­lo de pol­vo, pie­dras y ba­res de sol­te­ros que ro­dea a la es­tre­lla be­bé es lo que los as­tró­no­mos co­no­cen co­mo ‘disco protoplanetario’. “Pe­ro ese disco es unas 400 ve­ces más pe­que­ño que la nu­be ma­dre. O sea que no pa­sa de 50 uni­da­des as­tro­nó­mi­cas. Y pa­ra ver­lo ne­ce­si­ta­mos la re­so­lu­ción del ob­ser­va­to­rio ALMA. Ese ins­tru­men­to es tan in­creí­ble que en una oca­sión... ¡de­tec­tó 60 dis­cos pro­to­pla­ne­ta­rios en una nu­be mo­le­cu­lar en un mi­nu­to!”, ex­cla­ma la ga­lar­do­na­da con de­lei­te.

En­ton­ces, aho­ra ella y su gru­po de in­ves­ti­ga­do­res co­mien­zan a aso­mar­se a lo que pa­sa den­tro de los dis­cos que al­ber­gan es­tos fu­tu­ros pla­ne­tas. Y lo pri­me­ro que han des­cu­bier­to es que, si bien una nu­be mo­le­cu­lar al­ber­ga un mi­llón de océa­nos de hie­lo, un disco protoplanetario con­tie­ne al me­nos 6,000.

“En tér­mi­nos de mo­lé­cu­las or­gá­ni­cas com­ple­jas den­tro de un disco pla­ne­ta­rio ma­du­ro, aún es di­fí­cil de­tec­tar­las por­que in­clu­so con ALMA ne­ce­si­ta­mos una ma­yor sen­si­bi­li­dad”, des­ta­ca. “Pe­ro sí po­de­mos ver el in­te­rior de dis­cos en eta­pas más jó­ve­nes, y en uno de ellos iden­ti­fi­ca­mos 10,000 lí­neas mo­le­cu­la­res. Asom­bro­so.”

El es­tu­dio de es­ta gran va­rie­dad de ele­men­tos de cons­truc­ción flo­tan­do en el es­pa­cio tam­bién arro­ja­rá da­tos so­bre al­go fas­ci­nan­te: el ori­gen de la di­ver­si­dad exo­pla­ne­ta­ria. Allá afue­ra hay pla­ne­tas muy sin­gu­la­res, muy di­fe­ren­tes a to­do. ¿De dón­de sa­lió un in­ven­ta­rio tan ri­co? La res­pues­ta ya­ce en lo que pa­sa­ba den­tro de sus dis­cos pro­to­pla­ne­ta­rios.

“És­te es un re­to que te­ne­mos: si nos ba­sa­mos en lo que sa­be­mos so­bre nues­tro sis­te­ma so­lar, el cual na­ció a par­tir de una nu­be mo­le­cu­lar, co­mo to­dos los de­más so­les del uni­ver­so, las par­tí­cu­las de­ben cre­cer 13 ór­de­nes de mag­ni­tud en ta­ma­ño en ape­nas 10 a la 7 años”, en­fa­ti­za Van Dis­hoeck. “La cla­ve es­tá en el hie­lo por­que los gra­ni­tos cu­bier­tos de hie­lo ha­cen que las otras mo­lé­cu­las se pe­guen más fá­cil­men­te y el grano se agran­de.”

En­ton­ces, es­to tie­ne que ver con la dis­tan­cia a la cual es­tá el fe­to del pla­ne­ta de su es­tre­lla ma­dre. Si es­tá cer­ca, es más ca­lien­te, y los tro­zos son de ro­ca. Si es­tá le­jos, son de hie­lo. “Es­to es lo que lla­ma­mos ‘la línea de nie­ve’ de los pla­ne­tas, o snow­li­ne.”

El di­ne­ro del premio Ka­vli es pa­ra Van Dis­hoeck un im­pul­so que le da­rá nue­vas alas pa­ra sus in­ves­ti­ga­cio­nes. Tam­po­co es­con­de su en­tu­sias­mo por la nue­va era de ob­ser­va­ción de for­ma­ción de pla­ne­tas que se­rá po­si­ble cuan­do se pon­ga en ór­bi­ta el nue­vo te­les­co­pio es­pa­cial Ja­mes Webb (JWST) de la NASA; el ma­yor ja­más cons­trui­do: “Ya ob­ser­va­mos las nu­bes mo­le­cu­la­res y lo­gra­mos en­ten­der la for­ma­ción de es­tre­llas. El pa­so si­guien­te es pa­sar del disco a los pla­ne­tas y bus­car mo­lé­cu­las de la vi­da. Eso no es fá­cil por­que uno cree­ría ha­ber en­con­tra­do mo­lé­cu­las aso­cia­das a la vi­da que no lo son. Mi sue­ño pa­ra las pró­xi­mas dé­ca­das es acer­car­me aún más y lle­gar al um­bral de esos pla­ne­tas a punto de na­cer, y es­tu­diar la com­po­si­ción quí­mi­ca allí”.

To­dos no­so­tros pro­ve­ni­mos del pol­vo cós­mi­co que ha­ce unos 4.5 mil mi­llo­nes de años creó la cu­na de la cual na­ció nues­tro Sol y for­mó el agua que be­be­mos a dia­rio. Es­tu­diar lo que ocu­rre en ca­da uno de es­tos gra­nos de are­na es ca­si co­mo vol­ver a nues­tros hu­mil­des y alu­ci­nan­tes orí­ge­nes.

DISCO PROTOPLANETARIO. Ima­gen ar­tís­ti­ca que mues­tra una jo­ven es­tre­lla ro­dea­da de ma­te­rial don­de se es­tán for­man­do pla­ne­tas.

ES­TRE­LLAS JÓ­VE­NES en la nu­be mo­le­cu­lar de Rho Ofiu­co.

NE­GRO PRO­FUN­DO. Una nu­be mo­le­cu­lar es tan opa­ca, que ta­pa to­do lo que hay de­trás. De ahí el tér­mino ‘sa­co de car­bón’.

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