La investigación sobre el origen y la composición del polvo cósmico ocupa un lugar central en la astrofísica. Este material, formado principalmente por elementos ligeros como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, circula entre estrellas y sistemas planetarios y se considera clave para entender los procesos que llevaron al surgimiento de moléculas orgánicas complejas, fundamentales para la vida.
Un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal presenta resultados de experimentos realizados en la Universidad de Sídney, en los que se lograron recrear en laboratorio las condiciones que originan el polvo cósmico en ambientes estelares. La investigación, liderada por Linda Losurdo y David McKenzie, ofrece nuevas herramientas para distinguir entre los diferentes procesos que modifican este material y abre posibilidades para interpretar las huellas químicas de meteoritos y asteroides, que son señales en la composición molecular que podrían revelar el origen e historia de estos cuerpos.
El lenguaje oculto del polvo cósmico
La investigación detalla que el polvo cósmico carbonoso se forma en entornos extremos, como las envolturas de estrellas gigantes y los remanentes de supernovas, donde los elementos ligeros se enlazan para crear redes moleculares complejas.
Los investigadores sintetizaron polvo cósmico artificial en un reactor para imitar cómo nacen los materiales en las estrellas. Al analizar estas muestras, lograron separar por primera vez dos “marcas” químicas que suelen confundirse: las causadas por el bombardeo iónico (choques violentos de partículas del viento estelar que alteran el polvo al nacer) y las del tratamiento térmico (un calentamiento posterior y más lento que ordena su estructura).
Los investigadores utilizaron una técnica estadística avanzada (PCA) que funciona como un filtro para separar información mezclada. Gracias a esto, descubrieron que el polvo cósmico guarda marcas distintas según lo que le haya sucedido en el espacio: el bombardeo iónico deja una huella de reacciones químicas caóticas y rápidas causadas por el choque de partículas, mientras que el calor deja una marca de cambios más lentos y ordenados.
Al analizar estas señales con luz infrarroja, notaron que el polvo fabricado en el laboratorio es casi idéntico al que se encuentra en meteoritos y asteroides reales. Esto significa que ahora se posee una herramienta para usar los fragmentos de asteroides como Bennu o Ryugu como si fueran una “caja negra” de un avión: al mirar sus firmas químicas, podemos reconstruir su historia y saber con precisión qué temperaturas soportaron y a cuánta radiación estuvieron expuestos en su viaje por el universo.
“Ya no tenemos que esperar a que un asteroide o un cometa llegue a la Tierra para comprender sus historias. Se pueden construir entornos analógicos en el laboratorio y aplicar ingeniería inversa a su estructura mediante huellas dactilares infrarrojas. Esto puede brindarnos una gran comprensión de cómo el ‘polvo cósmico carbonoso’ puede formarse en el plasma emitido por estrellas gigantes y antiguas o en viveros cósmicos donde nacen estrellas, y cómo distribuye estas fascinantes moléculas que podrían ser vitales para la vida. Es como si hubiéramos recreado un trocito del universo en una botella en nuestro laboratorio”, afirmó Losurdo en un comunicado oficial.
El desafío de reproducir el cosmos en la Tierra
Los experimentos se desarrollaron en la Universidad de Sídney usando un reactor de plasma, una máquina que permite recrear condiciones del espacio en el laboratorio. Los autores explican que el polvo se formó a partir de gases básicos bajo distintos ambientes espaciales simulados, lo que permitió crear una base de datos de imágenes químicas (espectros).
El equipo se conectó a una bomba de vacío de alta potencia para extraer todo el aire y las impurezas del interior del recipiente. Este paso es fundamental porque permite alcanzar una presión extremadamente baja (casi igual al vacío del espacio), lo que asegura que los gases que se introducen después (nitrógeno, dióxido de carbono y acetileno) sean los únicos que reaccionen. De esta manera, se garantiza que el polvo formado sea puro y que los resultados no se contaminen con oxígeno o gases del ambiente terrestre.
El polvo se depositó sobre láminas de silicio colocadas a diferentes distancias de la energía, lo que permitió obtener muestras con distintos niveles de “golpes” de partículas o bombardeo iónico. Después, las muestras se calentaron a diferentes temperaturas en un horno al vacío para simular el efecto del calor en el tiempo.
Para analizar los resultados, usaron microscopios de alta potencia y luz infrarroja para observar tanto la forma del polvo como la manera en que están unidos sus componentes químicos. Lograron identificar patrones claros y separar, por primera vez, qué efectos fueron causados por los choques de partículas y cuáles por el calor. Según el estudio, los gráficos obtenidos muestran qué señales químicas aumentan con el bombardeo y cuáles cambian con la temperatura. Esta distinción permite analizar de manera ordenada muestras de polvo tanto fabricadas en la Tierra como recolectadas en el espacio.
Cómo los datos de laboratorio ayudan a leer el espacio
Los resultados de laboratorio sirven para leer la información que traen las muestras de polvo cósmico recolectadas en el espacio. Según el trabajo, esta metodología funciona como una regla de medición: permite tomar una muestra desconocida y, al comparar sus datos con las curvas generadas en el experimento, determinar con precisión qué temperatura máxima alcanzó y qué tan fuerte fue el impacto de las partículas que recibió en el espacio.
Poder diagnosticar este historial físico y químico ayuda a los astrónomos a identificar qué regiones del universo tienen las condiciones ideales para formar moléculas orgánicas complejas. Esto es fundamental para analizar las muestras de asteroides y cometas que llegan a la Tierra, y para entender dónde y cómo pudo aparecer la química necesaria para la vida en el universo temprano.
Los autores destacan que su enfoque permite descifrar el pasado de la materia orgánica extraterrestre simplemente analizando cómo interactúa con la luz infrarroja. Además, sugieren que si se sigue ampliando esta base de datos, la información podría cargarse en sistemas de inteligencia artificial para clasificar y analizar nuevas muestras de forma automática en futuras misiones espaciales. En definitiva, el hallazgo de Losurdo y McKenzie ofrece herramientas clave para aclarar el origen de los materiales que permitieron la vida en la Tierra y cómo esos mismos procesos químicos podrían desarrollarse en otros sistemas planetarios.
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