Por qué la cabeza de un cometa puede ser verde pero no su cola

Científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW Sydney) fueron capaces de demostrar el mecanismo por el cual el dicarbono, el químico que hace que las cabezas de algunos cometas se pongan verdes, se descompone con la luz solar. Según publican en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, esto explica por qué el color verde vibrante nunca llega a la cola del cometa.

Según relatan los investigadores, de vez en cuando, el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort lanzan hacia la Tierra cometas, compuestos de hielo, polvo y rocas, en lo que constituyen restos de 4.600 millones de años de la formación del sistema solar. Estos cometas sufren una colorida metamorfosis al cruzar el cielo, y la cabeza de muchos de ellos adquiere un radiante color verde que se hace más brillante a medida que se acercan al Sol. Pero, extrañamente, este tono verde desaparece antes de llegar a una o dos colas que se arrastran detrás del cometa.

Astrónomos, científicos y químicos llevan casi un siglo desconcertados por este misterio. En la década de 1930, el físico Gerhard Herzberg propuso la teoría de 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 de la cabeza del cometa, pero como el dicarbono no es estable, esta teoría ha sido difícil de comprobar.

Ahora los investigadores encontraron por fin la forma de probar esta reacción química en un laboratorio y, al hacerlo, demostró que esta teoría de 90 años es correcta. ”Comprobamos el mecanismo por el que el dicarbono es descompuesto por la luz solar. Esto explica por qué la coma verde -la capa difusa de gas y polvo que rodea al núcleo- se reduce a medida que el cometa se acerca al Sol, y también por qué la cola del cometa no es verde”, afirma Timothy Schmidt, profesor de química de la UNSW Science y autor principal del estudio.

El protagonista del misterio, el dicarbono, es altamente reactivo y el responsable de que muchos cometas sean de color verde. Está formado por dos átomos de carbono pegados y solo se encuentra en entornos extremadamente energéticos o con poco oxígeno, como las estrellas, los cometas y el medio interestelar.

El dicarbono no existe en los cometas hasta que se acercan al Sol. Cuando el Sol empieza a calentar el cometa, la materia orgánica que vive en el núcleo helado se evapora y se traslada a la coma. La luz del Sol rompe entonces estas moléculas orgánicas más grandes, creando dicarbono.

El equipo dirigido por la UNSW ha demostrado ahora que, a medida que el cometa se acerca aún más al Sol, la radiación ultravioleta extrema rompe las moléculas de dicarbono que ha creado recientemente en un proceso llamado “fotodisociación”. Este proceso destruye el dicarbono antes de que pueda alejarse del núcleo, haciendo que la coma verde se vuelva más brillante y se reduzca, y asegurando que el tinte verde nunca llegue a la cola.

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 es probablemente 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. Herzberg fue un físico increíble y llegó a ganar el Premio Nobel de Química en la década de 1970. Es muy emocionante poder demostrar una de las cosas que teorizó”, resalta Jasmin Borsovszky, autora principal del estudio y ex estudiante de Ciencias de la UNSW.

El profesor Schmidt, que lleva 15 años estudiando el dicarbono, afirma que los hallazgos nos ayudan a comprender mejor tanto el dicarbono como los cometas. “El dicarbono procede 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”, comentó.

“Al conocer su vida y destrucción, podemos entender mejor la cantidad de material orgánico que se evapora de los cometas. Descubrimientos como éste podrían ayudarnos algún día a resolver otros misterios del espacio”, añade. Para resolver este rompecabezas, el equipo necesitaba recrear el mismo proceso químico galáctico en un entorno controlado en la Tierra y lo consiguieron con la ayuda de una cámara de vacío, un montón de láseres y una potente reacción cósmica.

“Primero tuvimos que fabricar esta molécula que es demasiado reactiva para almacenarla en una botella. No es algo que podamos comprar en las tiendas, así que lo hicimos tomando una molécula más grande, conocida como percloroetileno o C2Cl4, y haciendo estallar sus átomos de cloro (Cl) con un láser UV de alta potencia”, recuerda el profesor Schmidt.

Las moléculas de dicarbono recién creadas se enviaron viajando a través de un haz de gas en una cámara de vacío de unos dos metros de largo. A continuación, el equipo apuntó otros dos láseres UV hacia el dicarbono: uno para inundarlo de radiación y el otro para que sus átomos fueran detectables. El impacto de la radiación desgarró el dicarbono, enviando sus átomos de carbono volando hacia un detector de velocidad.

Analizando la velocidad de estos átomos que se mueven con rapidez, el equipo pudo medir la fuerza del enlace del carbono con una precisión de uno entre 20.000, que es como medir 200 metros con una precisión de un centímetro. Borsovszky afirma que, debido a la complejidad del experimento, tardaron nueve meses en poder realizar su primera observación. “Estuvimos a punto de rendirnos. Nos llevó mucho tiempo asegurarnos de que todo estaba alineado con precisión en el espacio y el tiempo”. Y el profesor Schmidt afirma que es la primera vez que se observa esta reacción química.

Se conocen unos 3.700 cometas en el sistema solar, aunque se sospecha que podría haber miles de millones más. Por término medio, el núcleo de un cometa tiene la friolera de 10 kilómetros de ancho, pero su coma suele ser 1.000 veces mayor.

“Esta apasionante investigación nos muestra lo complejos que son los procesos en el espacio interestelar. La Tierra primitiva habría experimentado un revoltijo de diferentes moléculas portadoras de carbono que llegaban a su superficie, lo que permitió que se produjeran reacciones aún más complejas en el camino hacia la vida”, destaca el profesor Martin van Kranendonk, astrobiólogo y geólogo de la UNSW que no participó en el estudio.

Ahora que el misterio de la cola verde desaparecida en los cometas está resuelto, el profesor Schmidt, especializado en química espacial, quiere seguir resolviendo otros misterios del espacio.

Así, a continuación, espera investigar las bandas interestelares difusas: patrones de líneas oscuras entre las estrellas que no coinciden con ningún átomo o molécula que conozcamos. “Las bandas interestelares difusas son un gran misterio sin resolver --relata--. No sabemos por qué la luz que llega a la Tierra a menudo tiene ‘mordiscos’. Este es solo un misterio más en un enorme inventario de cosas extrañas en el espacio que aún no hemos descubierto”.

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