La química de una Supernova

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Remanente de la supernova de Kepler

Remanente, o residuos estelares en expansión, de la supernova de Kepler

La mayor parte de los elementos que componen nuestro cuerpo, nuestro planeta y nuestro sistema solar fue formado en los núcleos de antiguas estrellas, y dispersados por el Universo en una supernova, una explosión estelar que provoca la expulsión de las capas externas de las estrellas por medio de poderosas ondas de choque y enriquiendo, así, el espacio con elementos pesados. Los restos eventualmente componen nubes de polvo y gas.

Muchos investigadores estudian el polvo de estas estrellas para saber más sobre los orígenes del Sistema Solar. En estudios  previos de carbono de los granos de polvo de estrellas presentes en meteoritos anteriores al sistema solar revelaron que esas muestran estaban enriquecidas con isótopos estables de neón-22. Los investigadores hipotizaron que estos se habian formado por la desintegración radiactiva del isótopo inestable sodio-22, que se forma en las explosiones de las supernovas. Pero estos isótopos tienen una vida muy corta.

Flúor ← Neón → Sodio

¿Pero cómo el isótopo sodio-22 se podría haber quedado atrapado en un grano de polvo de estrellas tras una violenta explosión de una supernova?

Cristales de Fullerenos

Cristales de Fullerenos

Esta es la traducción de la introducción del PodCast publicado recientemente en la página web PNAS (Proceedings of the National Academy of Scienes of  United States of America), “Supernova Chemistry” (en inglés).  Os recomiendo que escuchéis la entrevista de Paul Gabrielsen a Paul Dunk, uno de los autores del artículo recientemente publicado en PNAS y que responde a esta pregunta. También hay acceso a la transcripción de la entrevista telefónica.

La respuesta, su hipotesi, son: los fullerenos. Estos compuestos, formados enteramente por carbonos, son la tercera formar molecular más estable del carbono. En 1985, Harold kroto, de la Universidad de Sussex, James Heath, Sean O’Brien, Robert Curl y Richard Smalley, de la Universidad de Rice, al incidir un rayo láser sobre un trozo grafito observaron picos en el espectrómetro de masas  que correspondían a moléculas con una masa molecular exacta de 60, 70 o más átomos de carbono. Mediantes estos experimentos, esperaban descubrir nuevas moléculas largas alótropas de carbono, en cambio encontraron moléculas esferéricas y cilíndricas.

El primer fullereno y el más conocido es el formado por 60 átomos de carbono (C60), Buckmenisterfullereno/Buckybola/Futboleno. Su estructura de un icosaedro truncado, 20 hexágonos y 12 pentágonos con un átomo de carbono en cada una de las esquinas de los hexágonos y un enlace a lo largo de cada arista, nos recuerda a un balón de fútbol. Pero existen muchas otras formas como los buckytubes o nanotubos de carbono que tienen forma cilíndrica. Los buckyballs, como el futboleno, y los buckytubes han sido objeto de una intensa investigación, tanto por su composición química única y por sus aplicaciones tecnológicas, sobretodo en ciencia de los materiales, la electrónica y la nanotecnología.

En Julio de 2010 la NASA anunció el descubrimiento de fullerenos en el espacio. Al usar la visión infraroja sensible del telescopio Spitez, los investigadores confirmaron la presencia de C70 en la nebulosa planetaria Tc1. Los astrónomos creen que los fullerenos son creados en las capas exteriores de una estrella, como nuestro sol, y posteriormente son expulsados al espacio después de la explosión de las mismas. La imágen de abajo muestra una concepción artística, que ilustra las bolas de carbono despedidas de una nebulosa planetaria. Las imágenes de Tc1 no so muy buenas, por lo que la foto de la nebulosa NGC 2440, tomada por el telescopio Hubble, fue usada en esta concepción artística (más información aquí)

Fullerenos en el espacio

Fullerenos en el espacio

Paul Dunk y sus compañeros piensan que los fullerenos pueden, como jaulas de carbono, atrapar el sodio-22 en el polvo de estrellas. Durante la condensación de carbono en las explosiones de supernova se forma grandes moléculas como los fullerenos y se captura física, selectiva y rápidamente el sodio. Los autores de este artículo simularon las condiciones de las “salidas estelares” (supernovas) en un laboratorio. Al ser las condiciones de temperaturas muy elevadas, el carbono está en forma de átomos e iones gaseosos. Por ello, sometieron a un trozo de carbono sólido a un láser de alta energía. Así obtenieron un gas carbónico, que al igual que en el espacio, está formado por átomos de carbono e iones gaseoso y observaron que la condensación de carbono en presencia de cantidades sustanciales de oxígeno e hidrógeno, estas son las condiciones más o menos aproximadas de las “salidas estelares”,  y en presencia de sodio, este último era atrapado de forma espontánea en las “jaulas de carbono” que se formaban, en otras palabras, metalofullerenos.

Los resultados indican que además de los fullerenos vacíos, los metalofullerenos podrían ser constituyentes del espacio estelar/ circunestelar y interestelar y lo que podría  el enriquimiento anómalo de elementos del polvo de estrellas.

Fuentes:

 

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