Las estrellas consiguen aproximar a los átomos

Artículo publicado por Zeeya Merali el 19 de julio de 2012 en Nature News

Se predicen un mecanismo de unión anteriormente desconocido en los campos magnéticos de las enanas blancas.

El magnetismo puede ser el secreto de un sólido matrimonio entre los átomos que se encuentran en las atmósferas de las estrellas. Las simulaciones por ordenador muestran que un tipo anteriormente desconocido de poderoso enlace químico debería inducirse en los feroces campos magnéticos de las estrellas. Si puede reproducir este efecto en el laboratorio, podría aprovecharse la ‘materia magnetizada’ para la computación cuántica.

Campos magnéticos en una estrella de neutrones © by NASA Goddard Photo and Video


Los químicos identifican dos clases de enlaces moleculares fuertes: los enlaces iónicos, en los que los electrones de un átomo saltan a otro, y los enlaces covalentes, en los que los electrones se comparten entre átomos. Pero Trygve Helgaker, químico cuántico de la Universidad de Oslo, y sus colegas descubrieron por accidente un tercer mecanismo de enlace cuando simularon cómo deberían comportarse los átomos bajo campos magnéticos de aproximadamente 105 teslas — 10 000 veces superiores al mayor campo que puede generarse en la Tierra. Sus resultados se publican hoy en la revista Science1.

El equipo examinó primero cómo el estado de menor energía, o estado base, de una molécula de hidrógeno de dos átomos se distorsionaba bajo el campo magnético. La forma de mancuerna de la molécula se orientaba paralelamente a la dirección del campo y el enlace se acortaba y hacía más estable, dice Helgaker. Cuando uno de los electrones era impulsado a un nivel de energía que normalmente rompería el enlace, la molécula simplemente giraba de forma que quedase perpendicular al campo y se mantuviese unida.

“Siempre hemos enseñado a los estudiantes que cuando un electrón es excitado de esta manera, la molécula se rompe”, dice Helgaker. “Pero aquí vemos un nuevo tipo de enlace que mantiene unidos los átomos”. El equipo también informa de que debería aparecer un efecto similar entre átomos de helio, que normalmente no se unen bajo ninguna circunstancia.

Los átomos se mantienen unidos por la forma en que sus electrones bailan alrededor de las líneas de campo magnético, explica Helgaker. “La forma en que los electrones se mueven en relación al campo, y su energía cinética, pueden ser tan importantes para los enlaces químicos como la atracción electrostática entre los electrones y los núcleos”, comenta. Dependiendo de su geometría, las moléculas permitirán a los electrones rotar alrededor de la dirección del campo magnético.

Campo estelar

Si los nuevos estados siguen ligados a temperaturas muy altas, podrían perfectamente aparecer en las atmósferas de algunas enanas blancas y estrellas de neutrones, donde los campos magnéticos son similares a los simulados por el equipo. Pero será difícil observarlos, dice Dong Lai, astrofísico de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York. El equipo tendrá que extender su modelo para ver si los inusuales estados ligados modificarían los espectros de luz procedentes de las estrellas de una forma que pudiera ser detectable, señala. La simulación de los estados “es un paso importante, pero deben darse otros para ver lo relevante que es para la astrofísica”.

Más cerca de casa es virtualmente imposible generar unos campos magnéticos de tal intensidad, debido a que vienen acompañados de drásticos cambios en la química de todo a lo que afecta. La longitud del enlace entre átomos pueden menguar aproximadamente en un 25% bajo tales campos, dice Helgaker. “¡El aparato experimental dejaría de ser un aparato en esas extremas condiciones!”

Sin embargo, los hallazgos aumentan las esperanzas de que la ‘materia magnetizada’ del laboratorio pudiese tener propiedades aprovechables.

En 2009, los físicos crearon un estado débilmente ligado conocido como molécula de Rydberg2, que algunos han sugerido que podría usarse para transportar información en un ordenador cuántico. Las moléculas de Rydberg son muy sensibles a los efectos magnéticos, dice Chris Greene, físico atómico en la Universidad de Colorado en Boulder, que fue una de las primeras personas en proponer la existencia de las moléculas3. “Esto significa que podrían usarse campos magnéticos como regulador para controlar detalladamente la fuerza del enlace, manipularlos y almacenar y eliminar la memoria cuántica a voluntad”.

Gracias a César Tomé por proporcionar este enlace.


Nature  :10.1038/nature.2012.11045

Artículos de Referencia:
1.- Lange, K. K., Tellgren, E. I., Hoffmann, M. R. & Helgaker, T. Science 337, 327–331 (2012).
2.- Bendkowsky, V. et al. Nature 458, 1005–1008 (2009).
3.- Greene, C. H., Dickinson, A. S. & Sadeghpour, H. R. Phys. Rev. Lett. 85, 2458–2461 (2000).

Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 19 de julio de 2012
Enlace Original

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Comments (5)

  1. Información Bitacoras.com…

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  2. [...] en Astronomía, Quí­mica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web. [...]

  3. Interesante estudio que nos podría llevar hacia descubrimientos importantes para el uso cotidiano en el ámbito de la conputación cuántica y, quién sabe para qué aprovechamientos más en otras actividades como la medicina y otros, Sin embargo, parece que está aún lejos de que pueda ser una realidad.

    “Si los nuevos estados siguen ligados a temperaturas muy altas, podrían perfectamente aparecer en las atmósferas de algunas enanas blancas y estrellas de neutrones, donde los campos magnéticos son similares a los simulados por el equipo.”

    Bueno, aparecer en el “las atmósferas” no lo discuto, otra cuestión sería su aparición en los mismas estructuras de las estrellas que, con una densidad tan alta, no creo que permitieran tales fenómenos y, si acaso, en estrellas enanas blancas…todavía, ya que, la degeneración de los electrones, debido al principio de esclusión de pauli, fue la cuasa de su formación frenando la fuerza gravitatoria.

    Sin embargo, en estrellas de Neutrones, la cosa se pone más difícil y, pudiera ser que en las atmósferas de las mismas estén presentes aún los electrones que posibiliten lo que aquí se nos explica, lo cual, sería imposible en las estrellas msimas que, cuando se produjo la Implosión y comenzó a comprimirse, todos los electrones se fusionaron con los protones para formar neutrones que formaron la estrella.

    Está claro que ese tipo de estrellas alcanzando densidades de hasta 10 exp. 17 kg/m3, tienen en su interior neutrones superfluidos (es decir, neutrones que se comportan como un fluido de viscosidad cero) que rodeados por una corteza sólida y girando con cierta violencia, los campos magnéticos que deben crear son inmensos y, lo que nos explica el artículo puede ser perfectamente posible.

    De todas las maneras, lo más prudente es continuar los trabajos y esperar los resultados que, en estas cosas, suelen tardar ya que, los secretos de la Naturaleza no son fáciles de desvelar.

  4. Hola Emilio,

    sólo quería hacerte un pequeño apunte sobre las estrellas de neutrones, y es que a pesar del nombre las estrellas de neutros no están compuestas únicamente de neutrones. Al contrario, existe un porcentaje de electrones y protones en la estrella (si no recuerdo mal, el valor es de 1/8 para la composición típica de una estrella). En cierto modo resulta intuitivo, ya que de otro modo no podría generarse un campo magnético en estos objetos.

    ¡Un saludo!

  5. Gracias amigo por el apunte, se agradece y, como digo siempre…¡Nunca se deja de aprender cosas nuevas! Lo cierto es que, siempre seremos aprendices de las formas que la Naturaleza tiene de desarrollar sus actividades.

    Gracias y un abrazo.

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