Las cabezas de los cometas pueden ser verdes, pero nunca sus colas. Después de 90 años, finalmente sabemos por qué

El equipo resolvió este misterio con la ayuda de una cámara de vacío, muchos láseres y una poderosa reacción cósmica.

Este rompecabezas astronómico se remonta a la década de 1930. 
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De vez en cuando, el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort arrojan bolas de nieve galácticas compuestas de hielo, polvo y rocas en nuestro camino: restos de 4.600 millones de años de la formación del Sistema Solar.

Estas bolas de nieve, o como las conocemos, los cometas, atraviesan una colorida metamorfosis a medida que cruzan el cielo, y las cabezas de muchos cometas toman un color verde radiante que se vuelve más brillante a medida que se acercan al Sol. 

Pero, curiosamente, este tono verde desaparece antes de llegar a una o dos colas que se arrastran detrás del cometa. 

Los astrónomos, científicos y químicos han estado desconcertados por este misterio durante casi un siglo. En la década de 1930, el Físico Gerhard Herzberg teorizó que el fenómeno se debía a que la luz solar destruía el carbono diatómico (también conocido como dicarbono o C2 ), una sustancia química creada a partir de la interacción entre la luz solar y la materia orgánica en la cabeza del cometa, pero como el dicarbono no es estable, esta teoría ha sido difícil de probar.

Un nuevo estudio dirigido por la’ University of New South Wales (UNSW) Sydney’, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), finalmente ha encontrado una manera de probar esta reacción química en un laboratorio y, al hacerlo, ha demostrado que esta teoría de 90 años es correcta.

“Hemos probado el mecanismo por el cual el dicarbono se descompone por la luz solar”, dice Timothy Schmidt, Profesor de Química en UNSW Science y autor principal del estudio. 

«Esto explica por qué la coma verde, la capa borrosa de gas y polvo que rodea el núcleo, se encoge a medida que un cometa se acerca al Sol, y también por qué la cola del cometa no es verde».

El dicarbono, el químico responsable de dar a muchos cometas su color verde, solo se puede encontrar en entornos extremadamente energéticos o con poco oxígeno, como estrellas, cometas y el medio interestelar. 
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La clave está en el Dicarbono

El jugador clave en el centro del misterio, el dicarbono, es altamente reactivo y responsable de dar a muchos cometas su color verde. Está formado por dos átomos de carbono unidos entre sí y solo se puede encontrar en entornos extremadamente energéticos o con poco oxígeno, como estrellas, cometas y el medio interestelar.

El dicarbono no existe en los cometas hasta que se acercan al Sol. A medida que el Sol comienza a calentar el cometa, la materia orgánica que vive en el núcleo helado se evapora y pasa a la coma. La luz solar luego rompe estas moléculas orgánicas más grandes, creando el dicarbono. 

El equipo liderado por la UNSW ha demostrado que a medida que el cometa se acerca aún más al Sol, la radiación ultravioleta extrema rompe las moléculas de dicarbono que creó recientemente, en un proceso llamado ‘fotodisociación’. Este proceso destruye el dicarbono antes de que pueda alejarse del núcleo, lo que hace que la coma verde se vuelva más brillante y se encoja, y se asegura de que el tinte verde nunca llegue a la cola.

Esta es la primera vez que se estudia esta interacción química aquí en la Tierra.

«Me parece increíble que alguien en la década de 1930 pensara que esto probablemente es lo que está sucediendo, hasta el nivel de detalle del mecanismo de cómo estaba sucediendo, y luego, 90 años después, descubrimos que es lo que está sucediendo», dice la Sra. Jasmin Borsovszky, autora principal del estudio y ex alumna de honores en ciencias de la UNSW.

“Herzberg fue un físico increíble y ganó el Premio Nobel de Química en la década de 1970. Es muy emocionante poder demostrar una de las cosas que teorizó”.

El profesor Schmidt, que ha estado estudiando el dicarbono durante 15 años, dice que los hallazgos nos ayudan a comprender mejor tanto el dicarbono como los cometas.

“El dicarbono proviene de la ruptura de moléculas orgánicas más grandes congeladas en el núcleo del cometa, el tipo de moléculas que son los ingredientes de la vida”, dice.

“Al comprender su vida útil y destrucción, podemos comprender mejor cuánto material orgánico se está evaporando de los cometas. Descubrimientos como estos podrían algún día ayudarnos a resolver otros misterios espaciales»

El dicarbon es demasiado reactivo para almacenarlo en una botella, por lo que los investigadores necesitaban hacerlo ellos mismos. 
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Un espectáculo de láser como ningún otro

Para resolver este acertijo, el equipo necesitaba recrear el mismo proceso químico galáctico en un entorno controlado en la Tierra.

Lo lograron con la ayuda de una cámara de vacío, muchos láseres y una poderosa reacción cósmica.

“Primero tuvimos que fabricar esta molécula que es demasiado reactiva para almacenarla en una botella”, dice el profesor Schmidt. “No es algo que podamos comprar en las tiendas».

«Hicimos esto tomando una molécula más grande, conocida como percloroetileno o C2Cl4 , y disparando a sus átomos de cloro (Cl) con un láser UV de alta potencia».

Las moléculas de dicarbono recién creadas se enviaron viajando a través de un haz de gas en una cámara de vacío, que tenía alrededor de dos metros de largo.

Luego, el equipo apuntó otros dos láseres ultravioleta hacia el dicarbono: uno para inundarlo con radiación y el otro para hacer que sus átomos fueran detectables. El impacto de la radiación desgarró el dicarbono, enviando sus átomos de carbono a volar hacia un detector de velocidad. 

Al analizar la velocidad de estos átomos que se mueven rápidamente, el equipo pudo medir la fuerza del enlace de carbono con una precisión de aproximadamente uno en 20.000, que es como medir 200 metros al centímetro más cercano.

La Sra. Borsovszky dice que debido a la complejidad del experimento, pasaron nueve meses antes de que pudieran hacer su primera observación.

«Estábamos a punto de darnos por vencidos», dice. “Me tomó mucho tiempo asegurarnos de que todo estuviera alineado con precisión en el espacio y el tiempo». 

«Los tres láseres eran todos invisibles, por lo que hubo muchos apuñalamientos en la oscuridad, literalmente».

El profesor Schmidt dice que esta es la primera vez que alguien observa esta reacción química.

«Es extremadamente satisfactorio haber resuelto un enigma que se remonta a la década de 1930».

Resolviendo misterios espaciales

Hay alrededor de 3700 cometas conocidos en el Sistema Solar, aunque se sospecha que podría haber miles de millones más. En promedio, el núcleo de un cometa tiene la friolera de 10 kilómetros de ancho, pero su coma suele ser 1000 veces más grande.

Los cometas brillantes pueden ofrecer grandes espectáculos para aquellos que tienen la suerte de verlos. Pero en el pasado, los cometas podrían haber hecho más que eso por la Tierra; de hecho, una de las teorías sobre el origen de la vida es que los cometas alguna vez entregaron los componentes básicos de la vida directamente en nuestra puerta.

«Esta interesante investigación nos muestra cuán complejos son los procesos en el espacio interestelar», dice el Profesor Martin van Kranendonk, un Astrobiólogo y Geólogo de la UNSW que no participó en el estudio. 

«La Tierra primitiva habría experimentado una mezcla de diferentes moléculas portadoras de carbono que se enviaron a su superficie, lo que habría permitido que se produjeran reacciones aún más complejas en el período previo a la vida». 

Ahora que el caso de la cola verde que falta en los cometas está resuelto, el profesor Schmidt, que se especializa en química espacial, quiere seguir resolviendo otros misterios espaciales. 

A continuación, espera investigar bandas interestelares difusas: patrones de líneas oscuras entre estrellas que no coinciden con ningún átomo o molécula que conozcamos.

«Las bandas interestelares difusas son un gran misterio sin resolver», dice. “No sabemos por qué a la luz que llega a la Tierra a menudo se le quitan mordiscos».

«Este es solo un misterio más en un enorme inventario de cosas extrañas en el espacio que aún no hemos descubierto».

Fuente: UNSW Sydney (The University of New South Wales, Sydney).

Artículo original: Comets’ heads can be green, but never their tails. After 90 years, we finally know why‘. Sherry Landow. Dec. 21, 2021. 

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Sobre la composición química de los cometas del Sistema Solar

Un caso bien estudiado es el del cometa 67P/ Churyumov-Gerasimenko, visitado y estudiado por la Misión Rosetta de la ESA. Un artículo que se refiere a su composición, en particular a la presencia en él de compuestos, que son bloques constituyentes de la vida es:

¿Qué observó Rosetta sobre el tono de color del núcleo y la coma del cometa 67P cuando se acerca al perihelio en su órbita? :

Un nuevo encuentro con el cometa de Rosetta.

El 30 de Septiembre de 2016 finalizó la misión Rosetta: la sonda espacial de la ESA realizó un aterrizaje brusco y posteriormente se estrelló contra el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, que había estudiado previamente a corta distancia durante más de dos años. Desde entonces, el cometa de Rosetta ha estado viajando sin escolta terrestre en su órbita de aproximadamente seis años y medio alrededor del Sol. A principios de Noviembre de 2021, 67P alcanzó el punto más cercano al Sol por primera vez desde el final de la misión Rosetta y actualmente está muy cerca de la Tierra. Hasta finales de Noviembre, el cometa fue visible hasta bien entrada la madrugada utilizando telescopios de aficionados.

El Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) contribuyó con varios instrumentos científicos a la misión Rosetta. Por ejemplo, el instituto proporcionó el sistema de cámaras científicas OSIRIS y lo operó durante toda la misión. En esta entrevista, el Dr. Holger Sierks, investigador principal del equipo OSIRIS, y el científico del cometa y miembro del equipo OSIRIS, el Dr. Carsten Güttler, hablan sobre un posible regreso al cometa Rosetta, simulaciones de cometas en el laboratorio y calibración de 70.000 imágenes. La publicación a continuación lo aborda:

Curiosidades

Un vistazo a la composición del primer cometa interestelar – 2I / Borisov

Izquierda: Una nueva imagen del cometa interestelar 2l / Borisov, tomada con el espectrómetro de imágenes de baja resolución del Observatorio WM Keck en Hawai.  
Derecha: Una imagen compuesta del cometa con una foto de la Tierra para mostrar la escala. Más información.
Créditos: Pieter van Dokkum, Cheng-Han Hsieh, Shany Danieli, Gregory Laughlin.

El cometa 2I/Borisov fue detectado en 2019 por el aficionado G. Borisov utilizando un telescopio de 0,65 metros que diseñó y construyó ¡él!. Su trayectoria a través de nuestro Sistema Solar y una órbita hiperbólica nos dicen claramente que proviene de fuera del Sistema Solar . 2I / Borisov es el segundo intruso interestelar de nuestro Sistema Solar, después de 1I / ‘Oumuamua. A diferencia de 1I / ‘Oumuamua, se observó que 2I /Borisov estaba desgasificando activamente el material y entonces fue etiquetado como el primer cometa interestelar. Un cometa cuando pasa cerca del Sol, se calienta y comienza a liberar gases.

2I / Borisov, parecido a los cometas del Sistema Solar con polvo y gases volátiles, brindó oportunidades para que los astrónomos aprendieran sobre su composición química. El siguiente artículo lo presenta y contiene recursos sobre el tema:

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