El hierro es uno de los elementos más abundantes en el Universo, junto con elementos más ligeros como el hidrógeno, el oxígeno y el carbono. En el espacio interestelar, debe haber abundantes cantidades de hierro en su forma gaseosa. Entonces, ¿por qué, cuando los astrofísicos miran al espacio, ven tan poco?
En primer lugar, hay una razón por la cual el hierro es tan abundante y está relacionado con una cosa en astrofísica llamada pico de hierro.
En nuestro universo, los elementos distintos del hidrógeno y el helio se crean por nucleosíntesis en las estrellas. (Se crearon hidrógeno, helio y algo de litio y berilio en la nucleosíntesis de Big Bang). Pero los elementos no se crean en cantidades iguales. Hay una imagen que ayuda a mostrar esto.
La razón del pico de hierro tiene que ver con la energía requerida para la fusión nuclear y la fisión nuclear.
Para los elementos más ligeros que el hierro, a su izquierda, la fusión libera energía y la fisión la consume. Para los elementos más pesados que el hierro, a la derecha, ocurre lo contrario: su fusión que consume energía y la fisión que la libera. Se debe a lo que se llama energía de enlace en la física atómica.
Eso tiene sentido si piensas en las estrellas y la energía atómica. Utilizamos la fisión para generar energía en plantas de energía nuclear con uranio, que es mucho más pesado que el hierro. Las estrellas crean energía con fusión, usando hidrógeno, que es mucho más ligero que el hierro.
En la vida ordinaria de una estrella, los elementos hasta e incluyendo el hierro se crean por nucleosíntesis. Si desea elementos más pesados que el hierro, debe esperar a que ocurra una supernova y la nucleosíntesis de la supernova resultante. Como las supernovas son raras, los elementos más pesados son más raros que los elementos ligeros.
Es posible pasar una cantidad extraordinaria de tiempo bajando por la madriguera del conejo de la física nuclear, y si lo hace, encontrará una enorme cantidad de detalles. Pero básicamente, por las razones anteriores, el hierro es relativamente abundante en nuestro Universo. Es estable y requiere una enorme cantidad de energía para fusionar hierro en algo más pesado.
¿Por qué no podemos verlo?
Sabemos que el hierro en forma sólida existe en los núcleos y costras de planetas como el nuestro. Y también sabemos que es común en forma gaseosa en estrellas como el Sol. Pero la cuestión es que debería ser común en entornos interestelares en su forma gaseosa, pero simplemente no podemos verlo.
Como sabemos que tiene que estar allí, la implicación es que está envuelto en algún otro proceso o forma sólida o estado molecular. Y a pesar de que los científicos han estado buscando durante décadas, y aunque debería ser el cuarto elemento más abundante en el patrón de abundancia solar, no lo han encontrado.
Hasta ahora.
Ahora, un equipo de cosmoquímicos de la Universidad Estatal de Arizona dice que han resuelto el misterio del hierro perdido. Dicen que el hierro se ha estado ocultando a simple vista, en combinación con moléculas de carbono en cosas llamadas pseudocarbynes. Y los pseudocarbynes son difíciles de ver porque los espectros son idénticos a otras moléculas de carbono que abundan en el espacio.
El equipo de científicos incluye al autor principal Pilarasetty Tarakeshwar, profesor asociado de investigación en la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU. Los otros dos miembros son Peter Buseck y Frank Timmes, ambos en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU. Su artículo se titula "Sobre la estructura, las propiedades magnéticas y los espectros infrarrojos de pseudocarbynes de hierro en el medio interestelar" y se publica en el Astrophysical Journal.
"Estamos proponiendo una nueva clase de moléculas que probablemente se generalizarán en el medio interestelar", dijo Tarakeshwar en un comunicado de prensa.
El equipo se centró en el hierro gaseoso y en cómo solo unos pocos átomos de él podrían unirse con los átomos de carbono. El hierro se combinaría con las cadenas de carbono, y las moléculas resultantes contendrían ambos elementos.
También observaron evidencia reciente de un grupo de átomos de hierro en polvo de estrellas y meteoritos. En el espacio interestelar, donde hace mucho frío, estos átomos de hierro actúan como "núcleos de condensación" para el carbono. Varias longitudes de cadenas de carbono se adherirían a ellas, y ese proceso produciría moléculas diferentes a las producidas con hierro gaseoso.
No pudimos ver el hierro en estas moléculas, porque se hacen pasar por moléculas de carbono sin hierro.
En un comunicado de prensa, Tarakeshwar dijo: "Calculamos cómo se verían los espectros de estas moléculas, y descubrimos que tienen firmas espectroscópicas casi idénticas a las moléculas de la cadena de carbono sin hierro". Agregó que debido a esto, "las observaciones astrofísicas anteriores podrían haber pasado por alto estas moléculas de carbono más hierro".
Buckyballs y Mothballs
No solo han encontrado el hierro "perdido", sino que pueden haber resuelto otro misterio de larga vida: la abundancia de moléculas de cadena de carbono inestable en el espacio.
Las cadenas de carbono que tienen más de nueve átomos de carbono son inestables. Pero cuando los científicos miran al espacio, encuentran cadenas de carbono con más de nueve átomos de carbono. Siempre ha sido un misterio cómo la naturaleza pudo formar estas cadenas inestables.
Como resultado, es el hierro el que le da a estas cadenas de carbono su estabilidad. "Las cadenas de carbono más largas se estabilizan mediante la adición de grupos de hierro", dijo Buseck.
No solo eso, sino que este hallazgo abre una nueva vía para construir moléculas más complejas en el espacio, como los hidrocarburos poliaromáticos, de los cuales el naftaleno es un ejemplo familiar, ya que es el ingrediente principal de las bolas de naftalina.
Timmes dijo: "Nuestro trabajo proporciona nuevas ideas para cerrar la brecha de bostezo entre las moléculas que contienen nueve átomos de carbono o menos y las moléculas complejas como el buckminsterfullereno C60, mejor conocido como‘ buckyballs ".
Fuentes:
- Comunicado de prensa: no falta el hierro interestelar, solo se esconde a simple vista
- Documento de investigación: sobre la estructura, las propiedades magnéticas y los espectros infrarrojos de pseudocarbynes de hierro en el medio interestelar
