El polvo que sueña con moléculas 76g1g

Bienvenidos a Bajo las Estrellas, un podcast donde exploramos y compartimos la experiencia de observar el cielo nocturno. Hoy nos vamos a meter con una idea que sorprende bastante, que el espacio entre las estrellas no está vacío ni mucho menos. Está lleno de nubes moleculares y, dentro de ellas, unas partículas diminutas de polvo que actúan como unas fábricas químicas alucinantes.

Así es. Y hoy vamos a explorar justo eso. ¿Cómo ese polvo cósmico, que parece tan poca cosa, pues se convierte en el sitio clave donde se construyen moléculas esenciales? Nos basamos, claro, en lo que nos dice la investigación sobre química interestelar.

Ok, vamos a desgranar esto. Porque, a ver, suena casi a ciencia ficción, ¿no? Que moléculas como el agua o incluso compuestos orgánicos se formen ahí, en ese frío tremendo del espacio, a 10 grados sobre el cero absoluto. Pero, ¿qué son exactamente esos granos de polvo cósmico? Pues mira, definitivamente no son como el polvo que barremos en casa. Hablamos de partículas súper pequeñas, de una décima de micra, o sea, minúsculas. Imagina un núcleo, como una piedrecita de silicatos o carbono, y eso recubierto de una capa de hielo. Hielo de agua, sobre todo, pero también monóxido de carbono, CO2, metanol. Y esta capa helada es fundamental.

¿En qué sentido? ¿Qué hacen exactamente? Pues tienen dos funciones clave, diría yo. Primero, protegen. Son como un escudo para las moléculas que se forman en su superficie. Las protegen de la radiación ultravioleta, que es muy dañina. Y segundo, y esto es lo más importante, son puntos de encuentro.

Superficies frías donde los átomos y las moléculas pueden, bueno, pegarse, moverse y reaccionar. Algo que en el vacío del espacio sería, pues, muy, muy difícil.

Y eso de pegarse, ¿cómo va? ¿Chocan y se quedan ahí congelados? Exacto. Es un proceso que llamamos depresión. En estas nubes tan frías, por debajo de unos 20 Kelvin, o sea, menos 253 grados Celsius, las moléculas que están en estado gaseoso, como el CO, pues chocan, con los granos, y zas, se quedan congeladas en la superficie helada.

Y lo fascinante aquí es que esto no solo es que atrape moléculas, es que cambia por completo la química del gas que hay alrededor. Hemos visto en núcleos muy fríos y densos, como uno llamado L1544, que prácticamente todo el CO ha desaparecido del gas, se ha congelado en el polvo. Y eso permite que otras moléculas, como el ión N2H+, que normalmente el CO destruiría muy rápido, pues puedan sobrevivir y las podamos detectar.

Es una prueba directa de que los granos están, vamos, trabajando.

Vale, vale. O sea, atrapan moléculas, cambian el entorno… pero, ¿cómo fabrican otras nuevas? Has mencionado el agua, incluso el hidrógeno H2, que es la molécula más abundante.

Precisamente. El hidrógeno molecular, el H2, que es el combustible de las estrellas, pues necesita sí o sí estos granos para formarse de manera eficiente. Piensa que dos átomos de hidrógeno sueltos, en el gas, no pueden unirse sin más. Necesitan liberar energía al hacerlo. El grano es como ese tercer cuerpo que ayuda, que absorbe esa energía.

Los átomos de H aterrizan en el grano, se mueven por la superficie hasta que se encuentran, reaccionan, forman H2, y la molécula nueva se escapa al gas. Pero espera, a 10 Kelvin, ¿no deberían estar esos átomos casi quietos, congelados? Ah, buena pregunta. Aquí es donde la cosa se pone, bueno, realmente interesante. A esas temperaturas, claro, el movimiento normal sería casi cero. Pero los átomos de hidrógeno son tan ligeros que, bueno, hacen trampas cuánticas. Usan el efecto túnel.

Sí, pueden como atravesar las barreras de energía de la superficie del grano. O sea, no necesitan saltarlas, pueden pasar a través. Y eso les permite moverse y encontrarse incluso en ese frío extremo. Es la cuántica, ¿eh? Haciendo posible la química en el cosmos.

Increíble. ¿Y para formar agua o metanol pasa algo parecido? Sí, muy parecido. Son cadenas de reacciones, de hidrogenación. Llega un átomo de oxígeno al grano, se encuentra con un hidrógeno, forma OH. Luego llega otro hidrógeno y, listo, H2O, agua.

Para el metanol, el CH3OH, la cadena es un poco más larga. Se empieza con CO y se le van añadiendo hidrógenos paso a paso, pasando por cosas intermedias como el formal de hidro, H2CO.

Es como una línea de montaje molecular sobre el hielo.

O sea, una fábrica en toda regla.

Exacto. Y si conectamos esto con la imagen general, es que podemos ver las firmas de estos hielos.

Con telescopios infrarrojos, como el James Webb, detectamos directamente el agua helada, el metanol, el CO2 acumulados en los granos. Son reservas enormes de ingredientes básicos.

¿Y se llega a formar química más compleja? ¿Algo quizás?