Defectos moleculares explicarían el fondo cósmico infrarrojo no identificado

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Zeta Ophiuchi es una estrella azul de tipo espectral O9V situada a 458 años luz del Sistema Solar y en está en el centro de la imagen. Es una de las estrellas conocidas como estrellas fugitivas, expulsadas de un sistema estelar por la explosión de la estrella acompañante. Debido a nubes de polvo interestelar, una de las cuales es iluminada por ella formando una nebulosa de emisión catalogada como S27, tiene una apariencia rojiza si se observa en el visible, ya que la luz azul es absorbida por el polvo. De hecho, si no fuera por las nubes, Zeta Ophiuchi sería una de las estrellas más luminosas del cielo. Esta es una imagen en infrarrojo tomada por Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Los colores son falsos y representan distintas longitudes de onda del infrarrojo.

En el cielo nocturno existe un tenue fondo de radiación difusa que llega desde todas las direcciones del espacio y que abarca prácticamente todo el espectro electromagnético. La componente más conocida de ese fondo difuso es la que corresponde a la banda de microondas, el famoso fondo cósmico de microondas por ser la radiación fósil del Big Bang. Sin embargo, el cielo nocturno brilla también en otras frecuencias, como el óptico, el ultravioleta o el infrarrojo.

El llamado fondo cósmico infrarrojo (FCI) es una luz difusa que proviene fundamentalmente de galaxias ricas en polvo donde se están formando estrellas; eso polvo, a su vez, proviene de estrellas que explotan como supernovas o que expulsan al espacio sus capas más externas.

Para conocer el origen de los planetas, de las estrellas y de la propia vida es necesario conocer la composición química de este polvo interestelar. Por eso centenares de investigadores han dedicado décadas a tratar de identificar las sustancias químicas que producen los distintos picos del espectro infrarrojo del espacio. Muchos se han identificado, otros siguen siendo un misterio.

El trabajo teórico de dos investigadores mexicanos, Héctor Álvaro Galué de la Vrije Universiteit Amsterdam (Países Bajos) y Grisell Díaz Leines de la Ruhr-Universität Bochum (Alemania), puede que haya resuelto la llamada emisión cósmica infrarroja no identificada. El modelo desarrollado por los investigadores consolida la hipótesis de que esta emisión está producida por hidrocarburos con defectos estructurales.

Algunos compuestos aromáticos policíclicos.

En los años ochenta del siglo pasado, algunos investigadores asociaron estos picos sin identificar del infrarrojo a unas moléculas llamadas hidrocarburos aromáticos policiclicos. Estas moléculas planas no son más que átomos de carbono e hidrógeno, con los átomos formando anillos de tal forma que parecen trozos de valla metálica. Cuando un hidrocarburo aromático se calienta comienza a vibrar y estas vibraciones emiten radiación a longitudes de onda que parecen coincidir con las de esos picos infrarrojos sin identificar. Sin embargo, las longitudes de onda exactas de los picos infrarrojos se sabe que se desplazan dependiendo del entorno astrofísico, es decir, no es lo mismo el pico en una nube planetaria que en la soledad del espacio interestelar. Esto es lo que el modelo de hidrocarburos aromáticos policíclicos no consigue explicar.

Hace algunos años Galué propuso que la emisión podría deberse a moléculas con una estructura en forma de anillos como la de los hidrocarburos aromáticos policíclicos pero con defectos estructurales que hacían que la molécula se curvase algo, dejando de ser plana. Los defectos los produciría la propia luz de las estrellas. Lo que Galué y Díaz Leines demuestran ahora usando varias técnicas teóricas es que la introducción de defectos permite que los electrones de las moléculas se redestribuyan en función del entorno. Este efecto desplaza los picos de emisión vibracional de las moléculas de tal manera que coinciden con los desplazamientos observados en la emisión infrarroja.

Referencia:

Héctor Álvaro Galué and Grisell Díaz Leines (2017) Origin of Spectral Band Patterns in the Cosmic Unidentified Infrared Emission Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.119.171102

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

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