Buckyballs misteriosamente aparecen en el espacio frío y tuercen la luz de las estrellas (warp starlight)
Diagrama de una buckyball
Buckyballs - estas pequeñas moléculas son una gran cosa Crédito de la imagen: Alfred Pasieka/Science Photo Library
Por Joshua Sokol, para New Scientist Junio 19 de 2017
Los lectores regulares pueden tener las mismas expectativas de esta columna que un safari: algo enorme tiene que aparecer.
Agujeros negros codiciosos. Lagunas gigantes de lava. Estrellas demasiado grandes para existir. Incluso las cosas comparativamente pequeñas en el espacio exterior, como asteroides o rasgos geológicos en la superficie de un mundo, fácilmente te empequeñecerían si estuvieras delante de ellos en un traje espacial.
Pero en una escala muy por debajo de la megafauna cósmica hay un mundo diferente, uno de minúsculas moléculas de carbono que se mezclan y cambian en el vacío. Su poster es la encantadora buckyball, una curiosa aglomeración redonda de átomos de carbono.
Este ecosistema químico puede ser una molestia para los astrónomos, porque las pequeñas moléculas bloquean partes de la luz que vemos de estrellas y galaxias. Pero también es importante por sí solo.
Recientes descubrimientos han demostrado que las reacciones químicas entre las estrellas pueden construir los constituyentes de moléculas biológicas como aminoácidos y azúcares. Estas sustancias, que llueven desde el espacio, pueden haber contribuido al origen de la vida en la Tierra.
Pero estas reacciones son intrincadas y difíciles de rastrear, dejándonos buscando balizas, una molécula que entendemos que podría ayudarnos a navegar a través de la niebla. Aquí es donde las cosas pequeñas se convierten en una gran cosa. Espera mientras nos acercamos.
Spacefaring buckyballs
Para imaginar una buckyball rebotando en el espacio exterior, imagínala como un poco de fútbol: 60 átomos de carbono dispuestos en una esfera áspera.
A mediados del siglo 20, el arquitecto Buckminster Fuller (también conocido como "Bucky" y otros habían descubierto que una red de pentágonos y hexágonos se repliega en una estructura geodésica estable. Como resultó, la naturaleza ya había llegado a la misma realización. En 1985, investigadores de la tierra cocinaron un disco de grafito, un mineral de carbono, en una cámara de plasma para recrear las condiciones alrededor de una estrella gigante roja. Para su sorpresa, descubrieron que habían hecho extrañas nuevas formas de carbono-buckyballs y otros ejemplos de moléculas aún más grandes que parecían jaulas de carbono.
Optaron por asentir a Fuller llamándolos fullerenos - afortunadamente - después de considerar primero nombres como ballene, spherene, soccerene y carbosoccer.
Pero, incluso después de que los astrónomos comenzaron a buscar fullerenos en el espacio, tardaron dos décadas y media en encontrarlos. No fue hasta 2010 que un equipo liderado por Jan Cami en la Universidad de Western Ontario en Canadá encontró sus firmas espectrales en el colorido gas alrededor de una estrella moribunda.
Desde entonces, las huellas de fullerenes han surgido una y otra vez en muchos entornos diferentes. Un artículo de 2015 sostuvo que su presencia en la Vía Láctea podría incluso explicar características espectrales extrañas del espacio interestelar, ciertas longitudes de onda de luz de estrellas lejanas que están siendo misteriosamente absorbidas en el camino hacia nosotros. Estas características han sido inexplicables durante más de un siglo.
Química en el vacío
Eso no quiere decir que entendamos de dónde vienen los fullerenos.
Hay un montón de carbono en el espacio, y un gas rico en carbono caliente producirá buckyballs y moléculas similares porque sus jaulas cerradas son increíblemente estables y resistentes. Pero las regiones más frías del espacio deberían en su lugar hacer estructuras planas de carbono, con átomos de hidrógeno alrededor del exterior. Para conseguir esas estructuras para doblar en una jaula, usted necesitaría librarse del hidrógeno. Esto podría suceder ya sea porque no había hidrógenos alrededor de comenzar con, o si las moléculas fueron expuestas a la luz ultravioleta que puede hornear los hidrógenos de distancia.
La forma en que estos procesos interactúan para explicar la propagación completa de los fulerenos interestelares no está clara, dijo Cami en una conferencia reciente. "He estado rascándome la cabeza sobre esto durante mucho tiempo."
Pequeños trazadores
Resolver el misterio de esta pequeña molécula podría tener una gran recompensa. La mayoría de nuestras mediciones espectrales de moléculas de carbono flotando en el espacio son un lío confuso. Demasiados tipos diferentes de otras moléculas se superponen, por lo que es difícil de entender lo que está pasando.
Introduzca fullerenos, con sus señales claras y únicas, que nos muestran al menos una parte de los ritmos y reacciones del carbono interestelar. Eventualmente, tal vez, podemos usarlos como trazadores para entender cómo se forman las moléculas prebióticas en el espacio, dándonos pistas sobre nuestra propia existencia.
Al igual que las bacterias del suelo en la sabana, buckyballs podría no ser tan llamativos como los titanes astronómicos que se elevan sobre ellos. Pero trate de quitarlos a ellos ya sus familiares y quizás no estaremos aquí para apreciar el cosmos en primer lugar.
¿Qué es un buckyball (C60)
Buckyballs, también llamados fullerenos, fueron una de las primeras nanopartículas descubiertas. Este descubrimiento ocurrió en 1985 por un trío de investigadores que trabajaban en la Universidad de Rice, Richard Smalley, Harry Kroto y Robert Curl.
Buckyballs están compuestos de átomos de carbono unidos a otros tres átomos de carbono por enlaces covalentes. Sin embargo, los átomos de carbono están conectados en el mismo patrón de hexágonos y pentágonos que se encuentran en una pelota de fútbol, dando una buckyball la estructura esférica como se muestra en la siguiente figura.
Buckyball - fullereno
Una buckyball.
El buckyball más común contiene 60 átomos de carbono y se llama a veces C60. Otros tamaños de buckyballs van desde los que contienen 20 átomos de carbono a los que contienen más de 100 átomos de carbono.
Los enlaces covalentes entre los átomos de carbono hacen que las buckybolas sean muy fuertes, y los átomos de carbono forman fácilmente enlaces covalentes con una variedad de otros átomos. Buckyballs se utilizan en materiales compuestos para fortalecer el material. Buckyballs tienen la interesante propiedad eléctrica de ser muy buenos aceptores de electrones, lo que significa que aceptan electrones sueltos de otros materiales. Esta característica es útil, por ejemplo, para aumentar la eficiencia de las células solares en la transformación de la luz solar en electricidad.
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Astrophile es la columna mensual de Joshua Sokol sobre curiosos objetos cósmicos, desde el sistema solar hasta los confines del multiverso
Diagrama de una buckyball
Buckyballs - estas pequeñas moléculas son una gran cosa Crédito de la imagen: Alfred Pasieka/Science Photo Library
Por Joshua Sokol, para New Scientist Junio 19 de 2017
Los lectores regulares pueden tener las mismas expectativas de esta columna que un safari: algo enorme tiene que aparecer.
Agujeros negros codiciosos. Lagunas gigantes de lava. Estrellas demasiado grandes para existir. Incluso las cosas comparativamente pequeñas en el espacio exterior, como asteroides o rasgos geológicos en la superficie de un mundo, fácilmente te empequeñecerían si estuvieras delante de ellos en un traje espacial.
Pero en una escala muy por debajo de la megafauna cósmica hay un mundo diferente, uno de minúsculas moléculas de carbono que se mezclan y cambian en el vacío. Su poster es la encantadora buckyball, una curiosa aglomeración redonda de átomos de carbono.
Este ecosistema químico puede ser una molestia para los astrónomos, porque las pequeñas moléculas bloquean partes de la luz que vemos de estrellas y galaxias. Pero también es importante por sí solo.
Recientes descubrimientos han demostrado que las reacciones químicas entre las estrellas pueden construir los constituyentes de moléculas biológicas como aminoácidos y azúcares. Estas sustancias, que llueven desde el espacio, pueden haber contribuido al origen de la vida en la Tierra.
Pero estas reacciones son intrincadas y difíciles de rastrear, dejándonos buscando balizas, una molécula que entendemos que podría ayudarnos a navegar a través de la niebla. Aquí es donde las cosas pequeñas se convierten en una gran cosa. Espera mientras nos acercamos.
Spacefaring buckyballs
Para imaginar una buckyball rebotando en el espacio exterior, imagínala como un poco de fútbol: 60 átomos de carbono dispuestos en una esfera áspera.
A mediados del siglo 20, el arquitecto Buckminster Fuller (también conocido como "Bucky" y otros habían descubierto que una red de pentágonos y hexágonos se repliega en una estructura geodésica estable. Como resultó, la naturaleza ya había llegado a la misma realización. En 1985, investigadores de la tierra cocinaron un disco de grafito, un mineral de carbono, en una cámara de plasma para recrear las condiciones alrededor de una estrella gigante roja. Para su sorpresa, descubrieron que habían hecho extrañas nuevas formas de carbono-buckyballs y otros ejemplos de moléculas aún más grandes que parecían jaulas de carbono.
Optaron por asentir a Fuller llamándolos fullerenos - afortunadamente - después de considerar primero nombres como ballene, spherene, soccerene y carbosoccer.
Pero, incluso después de que los astrónomos comenzaron a buscar fullerenos en el espacio, tardaron dos décadas y media en encontrarlos. No fue hasta 2010 que un equipo liderado por Jan Cami en la Universidad de Western Ontario en Canadá encontró sus firmas espectrales en el colorido gas alrededor de una estrella moribunda.
Desde entonces, las huellas de fullerenes han surgido una y otra vez en muchos entornos diferentes. Un artículo de 2015 sostuvo que su presencia en la Vía Láctea podría incluso explicar características espectrales extrañas del espacio interestelar, ciertas longitudes de onda de luz de estrellas lejanas que están siendo misteriosamente absorbidas en el camino hacia nosotros. Estas características han sido inexplicables durante más de un siglo.
Química en el vacío
Eso no quiere decir que entendamos de dónde vienen los fullerenos.
Hay un montón de carbono en el espacio, y un gas rico en carbono caliente producirá buckyballs y moléculas similares porque sus jaulas cerradas son increíblemente estables y resistentes. Pero las regiones más frías del espacio deberían en su lugar hacer estructuras planas de carbono, con átomos de hidrógeno alrededor del exterior. Para conseguir esas estructuras para doblar en una jaula, usted necesitaría librarse del hidrógeno. Esto podría suceder ya sea porque no había hidrógenos alrededor de comenzar con, o si las moléculas fueron expuestas a la luz ultravioleta que puede hornear los hidrógenos de distancia.
La forma en que estos procesos interactúan para explicar la propagación completa de los fulerenos interestelares no está clara, dijo Cami en una conferencia reciente. "He estado rascándome la cabeza sobre esto durante mucho tiempo."
Pequeños trazadores
Resolver el misterio de esta pequeña molécula podría tener una gran recompensa. La mayoría de nuestras mediciones espectrales de moléculas de carbono flotando en el espacio son un lío confuso. Demasiados tipos diferentes de otras moléculas se superponen, por lo que es difícil de entender lo que está pasando.
Introduzca fullerenos, con sus señales claras y únicas, que nos muestran al menos una parte de los ritmos y reacciones del carbono interestelar. Eventualmente, tal vez, podemos usarlos como trazadores para entender cómo se forman las moléculas prebióticas en el espacio, dándonos pistas sobre nuestra propia existencia.
Al igual que las bacterias del suelo en la sabana, buckyballs podría no ser tan llamativos como los titanes astronómicos que se elevan sobre ellos. Pero trate de quitarlos a ellos ya sus familiares y quizás no estaremos aquí para apreciar el cosmos en primer lugar.
¿Qué es un buckyball (C60)
Buckyballs, también llamados fullerenos, fueron una de las primeras nanopartículas descubiertas. Este descubrimiento ocurrió en 1985 por un trío de investigadores que trabajaban en la Universidad de Rice, Richard Smalley, Harry Kroto y Robert Curl.
Buckyballs están compuestos de átomos de carbono unidos a otros tres átomos de carbono por enlaces covalentes. Sin embargo, los átomos de carbono están conectados en el mismo patrón de hexágonos y pentágonos que se encuentran en una pelota de fútbol, dando una buckyball la estructura esférica como se muestra en la siguiente figura.
Buckyball - fullereno
Una buckyball.
El buckyball más común contiene 60 átomos de carbono y se llama a veces C60. Otros tamaños de buckyballs van desde los que contienen 20 átomos de carbono a los que contienen más de 100 átomos de carbono.
Los enlaces covalentes entre los átomos de carbono hacen que las buckybolas sean muy fuertes, y los átomos de carbono forman fácilmente enlaces covalentes con una variedad de otros átomos. Buckyballs se utilizan en materiales compuestos para fortalecer el material. Buckyballs tienen la interesante propiedad eléctrica de ser muy buenos aceptores de electrones, lo que significa que aceptan electrones sueltos de otros materiales. Esta característica es útil, por ejemplo, para aumentar la eficiencia de las células solares en la transformación de la luz solar en electricidad.
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