Procesos cuánticos en el cosmos crean química inesperada

Resulta que puede haber reacciones químicas orgánicas en el espacio que ni siquiera somos conscientes. Suena ambiguo, porque el cosmos es grande, pero los científicos son suficientemente competentes para saber qué elementos pueden formar espontáneamente y que no pueden. En 2012, los científicos descubrieron moléculas del grupo metoxi que contenía carbono, hidrógeno y oxígeno en la nube molecular Perseus 600 años luz de la Tierra. Sin embargo, los científicos no pudieron reproducir estas moléculas en el laboratorio, permitiendo a los reactivos condensarse en partículas de polvo, dejando así el proceso de formación de estas moléculas secretas.



La respuesta se encontró en rarezas cuánticas que permiten formar moléculas en el espacio, contrariamente a las reglas clásicas de la química. En resumen, el espacio interestelar es una especie de laboratorio de química cuántica que puede producir una gama de moléculas orgánicas diversas que los astrónomos han descubierto en el espacio.



Debido a las temperaturas frías en las nubes interestelares del gas molecular, la barrera para la activación de la mayoría de las reacciones químicas parecía demasiado alta. La baja temperatura evita que las moléculas que se derivan en el espacio obtengan la energía necesaria para romper los lazos, pero ciertas reacciones todavía pueden ocurrir como diferentes moléculas se adhieren a la superficie del polvo cósmico. Pueden tener tiempo suficiente para ganar la energía que necesitan para reaccionar.

"Hay una ley que dice que si baja la temperatura, la tasa de reacción disminuye", dice Duane Heard de la Universidad de Leeds.

Pero la metoxia también puede crearse combinando radicales hidroxiles y gas metanol que están presentes en el espacio, a través de un proceso de túnel cuántico que puede dar a los radicales hidroxiles una oportunidad de “escapar” a través de la barrera energética en lugar de superarla. Oído y sus colegas encontraron que a pesar de la presencia de la barrera, la tasa de reacción entre radicales hidroxiles (OH) y metanol —una de las moléculas orgánicas más abundantes en el espacio— es casi dos órdenes de magnitud superior a -210 grados Celsius que a -73 grados Celsius. A bajas temperaturas, cuando las moléculas disminuyen, aumenta la probabilidad de túnel.

"A temperaturas normales, se chocan entre sí, pero a bajas temperaturas, se juntan durante bastante tiempo", dice Heard.

El equipo también destacó la formación de una molécula metoxi radical creada por la formación de un complejo con hidrógeno que vivió lo suficiente como para pasar por túnel mecánico cuántico. Concluyeron que este mecanismo de túnelización para la oxidación de moléculas orgánicas por parte del grupo OH está extendido en condiciones interestelares de baja temperatura. La reacción ocurrió 50 veces más rápido usando túneles cuánticos que a temperatura ambiente normal. El espacio vacío es mucho más frío que -210 grados Celsius, pero en las nubes de polvo interestelar, tal temperatura puede ocurrir bien.

“Estamos mostrando que puede haber reacciones químicas orgánicas en el espacio que ni siquiera esperabas ver”, dijo Heard.

La imagen anterior muestra la nube molecular Perseus a longitudes de microondas tomadas por la nave Planck, que ve el movimiento de electrones a través de la Vía Láctea y cómo el polvo se calienta por la luz de las estrellas. Estos componentes del medio interestelar han sido estudiados en longitudes de onda de microondas durante décadas. Se sabe que los electrones emiten principalmente ondas de radio ( frecuencias bajas), mientras que las partículas de polvo emiten en el espectro infrarrojo lejano ( frecuencias altas).

En 1990, había radiación que no podía explicarse, y se convirtió en conocida como "radiación anormal de microondas". Se han propuesto varias teorías sobre su origen, pero ahora la cobertura de longitud de onda de los instrumentos de baja frecuencia de Planck es ideal para observar y caracterizar esta radiación.

La ventaja es que la combinación de instrumentos de Planck da una cobertura mucho más amplia de longitudes de onda, permitiendo que la radiación anómala se separe en componentes y comprenda mejor sus componentes. Recordemos que sobre la base del análisis de radiación, los científicos sacan conclusiones sobre la composición química de objetos espaciales profundos.

“En la actualidad, estamos casi seguros de que la radiación se debe a la rotación de partículas de polvo nanoescala, que giran a velocidades de hasta diez mil millones de veces por segundo”, dijo Clive Dickinson de la Universidad de Manchester. Estas son las partículas de polvo más pequeñas conocidas, que contienen de 10 a 50 átomos; girando cuando chocan con átomos o fotones, emiten radiación a frecuencias entre 10 y 60 GHz.

Recientemente, la sonda Stardust captó siete partículas similares del espacio interestelar. Los científicos están recibiendo cada vez más datos para analizar de cerca todo tipo de elementos del espacio profundo.



Fuente: http://hi-news.ru/space/kvantovye-processy-kosmosa-rozhdayut-neozhidannuyu-ximiyu.html

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