El laboratorio donde ‘nacen’ los planetas


El Mundo

  • Un experimento en California trata de averiguar las condiciones especiales que se dieron en la evolución de los planetas
  • Pretenden resolver el misterio de la vida en la Tierra. ¿Surgió en el planeta o vino a bordo de cometas y asteroides?

Recreación artística de la formación de planetas.

El proceso de formación del Sistema Solar fue extremadamente largo y violento. Algunas teorías recientes sugieren que el Sol y la ‘nebulosa solar’ surgieron de los restos de supernovas cercanas, creando un disco protoplanetario en el que nacerían los planetas por medio de numerosas colisiones que duraron millones de años. Así, los planetas terrestres se formaron con altos puntos de fundición de silicatos y metales, mientras, el resto de protoplanetas, alejados del cinturón de asteroides y del calor, pudieron absorber más compuestos volátiles de hielo e hidrógeno, creando gigantes gaseosos y de hielo.

Estos procesos de formación planetaria son los que está reproduciendo un equipo de científicos en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), de la Universidad Berkeley en California, utilizando un láser impulsado por compresión, con el que recrean las violentas condiciones que se producen en el interior en el nacimiento de planetas similares a la Tierra, documentando las propiedades de los materiales que determinaron los procesos de formación y evolución de los planetas.

No se trata de reproducir un Sistema Solar en miniatura, sino que, según ha detallado a EL MUNDO Marius Millot, investigador principal de este experimento publicado este viernes en la revista Science, utilizan “uno de los láseres más potentes del mundo” dirigiéndolo hacia una muestra milimétrica de policristales y monocristales de stishovita, una forma de sílice de alta densidad (SiO2), induciendo sobre ella “un pulso muy corto, de una milmillonésima de segundo”. De esta forma, “la enorme expulsión de energía crea un plasma que envía una onda de compresión por ‘efecto cohete’ a nuestra muestra, generando una onda de choque que comprime y calienta los cristales a medida que se desplaza”.

Después, los científicos monitorizan la onda de choque mientras se mueve a través de la muestra, como una bola de nieve bajando una montaña, “con diagnósticos ópticos ultra-rápidos, para deducir las propiedades del sílice sometido a las altas presiones y temperaturas que existen en las profundidades de los planetas y durante los violentos eventos de su historia, como el gran impacto que creó la Luna”, concluye el físico.

El director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN), Rafael Bachiller, reconoce los beneficios que este estudio tendría para la astrofísica. En su opinión, “las medidas en laboratorio del comportamiento de los materiales bajo las enormes presiones que reinan en los núcleos de los planetas son de sumo interés para comprender su formación, estructura y evolución interna“.

La clave para determinar estas características, según explica Millot, “es saber cuánto tiempo se mantienen sólidos sus materiales antes de fundirse por la presión, y ahora podemos medirlo en el laboratorio”, celebra. Gracias a este método, pudieron saber que la fusión del sílice se produce a 5 millones de atmósferas (500 GPa), una presión comparable a la presión entre el núcleo y el manto de una súper-Tierra, es decir, un planeta 5 veces mayor que nuestra Tierra, como Urano y Neptuno.

Los planetas rocosos podrían poseer desde hace muchos años profundos océanos de magma (roca fundida)

En combinación con anteriores mediciones sobre otros óxidos y sobre el hierro, los datos de esta investigación indican que los silicatos del manto y el núcleo de metal tienen temperaturas de fusión comparables por encima de 300-500 GPa, lo que sugiere que los grandes planetas rocosos podrían poseer desde hace muchos años profundos océanos de magma, en el que se pueden formar los campos magnéticos planetarios. Además, según señala Millot, “nuestra investigación sugiere que el sílice está probablemente en estado sólido en el interior de los núcleos de Neptuno, Urano, Saturno y Júpiter, lo que establece nuevas restricciones en los futuros modelos mejorados para la estructura y evolución de estos planetas”.

Sin embargo, Bachiller advierte que, aunque las simulaciones en laboratorio de procesos astrofísicos ganan en realismo cada día, siempre hay que tener cuidado con las analogías que se realizan en física, pues los sistemas astrofísicos son extremadamente complejos, ya que en ellos coexisten numerosos fenómenos físicos y químicos. Por ejemplo, en el interior de los planetas encontramos convección, turbulencia, inestabilidades de diferentes tipos, fenómenos magnéticos, y un largo etcétera. Esto es algo imposible de reproducir en un laboratorio“.

Stishovita sintética

Conseguir policristales y monocristales de stishovita no es nada fácil para los científicos, pues usualmente sólo se encuentran en pequeñas cantidades cerca de cráteres formados por impactos de meteoritos. Las muestras naturales, por lo tanto, son demasiado pequeñas y demasiado valiosas para utilizarlas en un experimento de este tipo. “¡Nuestro método es destructivo!“, bromea Millot. Con lo cual, sólo podrían utilizar cristales creados artificialmente.

Así, los avances de Millot no habrían sido posibles sin la labor de la científica Natalia Dobrovinskaia y su equipo de la Universidad de Bayreuth en Alemania, pues según asegura el físico estadounidense, “son las únicas personas en el mundo capaces de sintetizar este tipo de cristales para nuestro estudio”.

Para fabricarlos, utilizan una gran prensa, del tamaño de una habitación, con la que comprimen unos milímetros cúbicos de cuarzo a 130.000 atmósferas (14 GPa), sometiéndolos a miles de grados, hasta alcanzar las condiciones de temperatura y presión en la que la stishovita tiene su fase más estable del sílice. De forma más simple, Millot explica que en nuestras casas “hacemos lo mismo al crear cubos de hielo, poniéndolos en el congelador hasta que las temperaturas alcanzan condiciones bajo cero, que son en las que se alcanza la fase más estable del agua: el hielo”.

Los investigadores pretenden averiguar incógnitas como el origen de la vida en la Tierra. ¿Surgió en el planeta o se sembró en cometas y asteroides?

La stishovita es mucho más densa que el cuarzo o el sílice fundido, por lo que se mantiene más fría bajo compresión, característica que permitió a los investigadores medir la temperatura de fusión a una presión mucho mayor. Según explica Millot, la compresión dinámica de los materiales planetarios es algo muy importante para el éxito de la investigación, pues “en las profundidades del interior de los planetas, el hidrógeno es un fluido metálico, el helio puede comportarse como una lluvia, la sílice fluida es un metal y el agua puede estar en forma super-iónica”.

Estos comportamientos exóticos son los que Millot intenta responder con sus experimentos. “¿Por qué hay una gran cantidad de agua en la Tierra? ¿De dónde viene la vida? ¿Surgió en la Tierra o se sembró en cometas y asteroides?. Para este físico, el nacimiento y la evolución del Sistema Solar “sigue siendo un misterio”.

La violenta formación del Sistema Solar

Según una teoría reciente de la Universidad de Arizona, el Sol pudo haber surgido dentro del alcance de algunas supernovas cercanas, por lo que la onda de choque de estos agresivos fenómenos pudo haber desencadenado la formación de nuestra estrella al haber colapsado las regiones de sobre-densidad en la nebulosa circundante, conocida como ‘nebulosa protosolar’. Al colapso de esta nebulosa, el material de su interior se iría condensando a medida que giraba más y más rápido.
Entonces, los átomos colisionarían liberando energía en forma de calor que se iría acumulando en el centro de la masa. Cuando la gravedad, la presión del gas, los campos magnéticos y la rotación actuaron en ella, la nebulosa en contracción empezaría a allanar, creando un disco protoplanetario en el que el Sol terminaría de formarse. La estrella estaría rodeada por una nube de gas y polvo, la ‘nebulosa solar’, donde se formarían los ‘planetesimales’, cuerpos de 5 km de tamaño que irían creciendo por acreción, colisionando con granos de polvo que irían haciéndolos cada vez más grandes durante millones de años. Formados principalmente por componentes con altos puntos de fundición, como los silicatos y metales, estos cuerpos rocosos finalmente se convirtieron en planetas terrestres.
Mientras, Júpiter, con sus efectos gravitacionales, hacía imposible que se unieran objetos protoplanetarios presentes, dejando detrás el cinturón de asteroides. Además, al sobrepasar la línea de congelación donde más compuestos volátiles de hielo pudieron permanecer sólidos, Júpiter y Saturno juntaron más material que los planetas terrestres, convirtiéndose en gigantes gaseosos, mientras que Urano y Neptuno capturaron menos material, evolucionando como gigantes de hielo, con núcleos hechos por compuestos de hidrógeno.

Descubren un gigantesco laboratorio secreto usado por los nazis para construir armas atómicas


ABC.es

  • El complejo ha sido hallado en Austria y tiene una extensión de más de 75 hectáreas
Descubren un gigantesco laboratorio secreto usado por los nazis para construir armas atómicas

SUNDAY TIMES Uno de los corredores de la instalación

Una gigantesca instalación subterránea nazi formada por varios túneles y con una extensión de más de 75 hectáreas fue descubierta cerca de la ciudad de ST Georgen an der Gusen (en Austria) la semana pasada. Según publican varios diarios internacionales como el «Sunday Times», los expertos afirman que la construcción –edificada en territorio alemán en plena Segunda Guerra Mundial- habría sido usada por los científicos de Hitler para desarrollar armas atómicas durante la contienda.

Las excavaciones para descubrir esta gigantesca construcción comenzaron después de que los científicos hallaran niveles considerables de radiación en la zona. Este dato ha hecho pensar a los expertos que es realmente una central nuclear secreta nazi. De hecho, y según afirma el documentalista Andreas Sulzer (el director de la investigación) este lugar es «muy probablemente la planta de producción de armas más grande del Tercer Reich».

Además de los túneles como tal, en el lugar se han podido hallar restos de las tropas nazis tales como cascos de las SS y todo tipo de reliquias de la época. Con todo, se espera que aparezcan multitud de objetos más, pues el equipo de excavación todavía está eliminando las sucesivas capas de tierra que hay en los múltiples corredores, así como las placas de granito que fueron utilizadas para cubrir la entrada y evitar que los aliados pudieran descubrir el emplazamiento. Esto explicaría el por qué americanos y soviéticos no encontraron esta planta tras la caída del Tercer Reich.

A falta de poder descubrir todo el complejo, los investigadores consideran que esta zona podría estar conectada con el campo de concentración de Mauthausen-Gusen y la fábrica subterránea B8 Bergkristall, lugar de fabricación del conocidísimo Messerschmitt Me 262 -el primer caza a reacción del mundo operativo-. Ambos lugares, desvelados tras la Segunda Guerra Mundial por soviéticos y aliados.

Sin Embargo, no todo ha sido alegría y jolgorio en este importante hallazgo, pues la semana pasada las obras fueron detenidas a espera de un permiso extraviado. Se espera que se reanude el mes que viene.

Además, Sulzer considera que este complejo se construyó probablemente con prisioneros de los campos de concentración cercanos: «Los prisioneros fueron escogidos a dedo –físicos, químicos…- de los diferentes campos de concentración europeos para poner sus habilidades especiales al servicio de este monstruoso complejo. Se lo debemos a las víctimas». Para realizar esta afirmación, el experto se basa en la entrada de un diario de un físico que, como bien afirma en su texto, fue reclutado a la fuerza por los nazis.

Crean en laboratorio un posible precursor de la vida


ABC.es

  • Investigadores daneses dan un nuevo paso para diseñar de sistemas vivientes artificiales
Crean en laboratorio un posible precursor de la vida

Archivo | Interior de una célula

¿Cómo surgió la vida? Se trata de una de las grandes cuestiones de la Ciencia y, hoy por hoy, no tiene aún una respuesta clara. ¿Y podrían los científicos crear vida en sus laboratorios? En este sentido, se han llevado a cabo ya un buen número de experimentos, pero los resultados, hasta ahora, no han sido concluyentes. El origen de la vida, sin embargo, no es algo que interese solo a los biólogos, sino también a los investigadores que se dedican al desarrollo de las tecnologías del futuro. Si fuera posible crear sistemas vivientes artificiales, no solo se lograría comprender cómo pudo originarse la vida, sino que se revolucionaría el futuro de la tecnología.

Las protocélulas son los sistemas vivientes más simples y primitivos que existen. De hecho, el precursor más antiguo de la vida en la Tierra fue una protocélula, y ese es precisamente el motivo por el que estos organismos fascinan a los científicos de todo el mundo. Si la Ciencia pudiera crear una protocélula, se habrían conseguido las bases para crear formas de vida artificial más avanzadas.

No se trata de una tarea sencilla, y hasta el momento nadie ha conseguido aún llevar a cabo esa hazaña científica. Uno de los principales desafíos para conseguirlo es el de crear las cadenas de información que deberán heredar los descendientes de esa primera célula, o protocélula. Una información que los organismos vivientes transmiten a través del ADN y el ARN y que es imprescindible, también, para controlar el metabolismo celular y para dar a las células las instrucciones de cómo deben dividirse.

Ahora, un grupo de investigadores de los departamentos de Física, Química, Farmacia y del Centro de Tecnologías Vivientes Fundamentales (FLINT) de la Universidad del Sur de Dinamarca, describen en un artículo publicado en Europhysics Letters cómo han logrado descubrir algunas de esas líneas de información gracias a un modelo computerizado.

Para Steen Rasmussen, director del FLINT, “Hallar los mecanismos para crear cadenas de información resulta esencial para los investigadores que trabajan en vida artificial“.

Rasmussen y sus colegas se han tenido que enfrentar a dos problemas. Primero, que las cadenas moleculares muy largas se descomponen en el agua, lo que significa que las cadenas de información demasiado largas se rompen muy deprisa en presencia del líquido elemento, y dan lugar a una serie de cadenas más cortas. Y segundo, resulta muy difícil conseguir que estas moléculas se repliquen sin utilizar enzimas modernas. Resulta más sencillo llevar a cabo una “ligadura”, esto es, combinar dos cadenas cortas en una más larga. Y ese es precisamente el mecanismo utilizado por los investigadores.

“En nuestra simulación informática -explica Rasmussen- o dicho de otra forma, en nuestro laboratorio molecular virtual, las cadenas de información empiezan a replicarse más deprisa y de forma más eficiente de lo que esperábamos. Sin embargo, nos llamó mucho la atención comprobar que se desarrollaban rápidamente y por igual el mismo número de cadenas de información cortas y largas, y que en el proceso se apreciaba, además, un fuerte patrón selectivo. Pudimos ver, en efecto, que solo patrones muy específicos de información de las cadenas podían encontrarse en las cadenas supervivientes. ¿Cómo podía darse esta selección tan coordinada, cuando nosotros no la habíamos programado? La explicación hay que buscarla en el modo en que las cadenas interactúan unas con otras”.

Como en una sociedad

Según Rasmussen, se creó una “red autocatalítica autoorganizada” en el interior de la probeta virtual en la que él y sus colegas habían colocado los ingredientes para que se formaran las cadenas de información. Una red autocatalítica es una red de moléculas que catalizan las unas lo que producen las otras. Cada molécula puede formarse a partir de por lo menos una reacción química en la red, y cada reacción puede ser catalizada por lo menos por otra molécula de la red. El proceso dará lugar a una red que muestra una forma primitiva de metabolismo y un sistema de información que se replica a sí mismo generación tras generación.

“Una red autocatalítica -afirma Rasmussen- trabaja como una comunidad. Cada molécula es un ciudadano que interactúa con otros ciudadanos y todos juntos ayudan a crear una sociedad”.

La red autocatalítica observada por los investigadores evolucionó ràpidamente a un estado en el que las cadenas de cualquier longitud existían en concentraciones iguales, lo cual es poco común de ver.

“Podríamos haber descubierto un proceso similar a los que dieron origen a las primeras formas de vida -sostiene el investigador-. Aunque, por supuesto, no sabemos si la vida se originó de esta manera, aunque sí que podría haber sido uno de los pasos. Puede que un proceso similar creara una concentración lo suficientemente alta de cadenas de información largas como para que surgiera la primera protocélula”.

Pero los mecanismos de formación y selección de cadenas de información no interesan solo a los investigadores que estudian el origen de las protocélulas. Sino que resultan del máximo interés para los que trabajan en las tecnologías del futuro.

Para Rasmussen, “buscamos maneras de desarrollar tecnología que se base en los mismos procesos que la vida. Si lo conseguimos, tendremos un mundo en el que los dispositivos tecnológicos podrán repararse a sí mismos, desarrollar propiedades nuevas y ser reutilizados.”