Luz infrarroja de la nebulosa de Orión capturada por la cámara de matriz de infrarrojos del Telescopio Espacial Spitzer. El polvo calentado por la luz de las estrellas emite principalmente en longitudes de onda de 8 y 5,8 micrones (rojo y naranja). Crédito:NASA / JPL-Caltech.
Un nuevo estudio en Cartas de revisión física revela que la serie de picos de banda infrarroja (IR), colectivamente conocido como la emisión IR cósmica no identificada, surge como consecuencia del comportamiento ondulatorio de los electrones deslocalizados en compuestos de hidrocarburos. Un aspecto esencial de estos compuestos es que sufren transformaciones estructurales provocadas por la absorción de la luz de las estrellas. Estas transformaciones descritas como defectos afectan el movimiento ondulatorio de los electrones deslocalizados, es decir, electrones que se mueven libremente a través de múltiples enlaces carbono-carbono en hidrocarburos de tipo aromático. El estudio sugiere que las características espectrales de la emisión cósmica se explican integralmente al describir el movimiento de electrones deslocalizados alrededor de defectos estructurales. Este resultado ofrece un marco físico capaz de dar cuenta de una gama completa de detalles espectrales de observación en este tema científico de larga data.
Un fenómeno cósmico muy debatido asociado con el polvo de estrellas es la ocurrencia universal de las características de los picos de emisión infrarroja, colectivamente conocidas como bandas de emisión de infrarrojos no identificados (UIE). Por décadas, esta emisión cósmica se ha explicado basándose en moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) que flotan libremente en el espacio. Sin embargo, Cada vez hay más pruebas que apoyan la idea de que se origina en los mismos hidrocarburos amorfos de polvo de estrellas extraídos de los meteoritos. Sin embargo, quedan muchas preguntas. En particular, los investigadores se preguntan cuál es la estructura química promedio de los compuestos de polvo de estrellas responsables de este fenómeno. ¿Es posible explicar las características espectrales observadas basándose en dicha estructura?
En el espacio, Se cree que los compuestos contienen carbono aromático en forma de anillos hexagonales fusionados, que se asemejan a las unidades de alambre de gallinero. Estas unidades aromáticas se calientan al absorber la luz de las estrellas, y posteriormente enfriado por emisión infrarroja a energías correspondientes a las frecuencias a las que vibran los enlaces de carbono aromático. Es más, La absorción de la luz de las estrellas también puede desencadenar cambios estructurales (fotoquímicos) en los que los anillos hexagonales adoptan otras geometrías consideradas anillos defectuosos.
Esquema estructural de un compuesto de hidrocarburo desordenado con aromáticos defectuosos responsables de la emisión infrarroja cósmica no identificada. Crédito:Cartas de revisión física
El nuevo estudio basado en la teoría funcional de la densidad muestra que las oscilaciones de electrones deslocalizados mejoran las vibraciones de los enlaces de carbono aromático. Este efecto es capaz de explicar las variaciones de flujo de banda de la emisión cósmica, y emerge gracias a la naturaleza ondulatoria de los electrones. Notablemente, Además, se encuentra que la inclusión de defectos en unidades aromáticas influye en la oscilación de la onda electrónica deslocalizada de manera que sintoniza las frecuencias de emisión en rangos espectrales que se asemejan a los patrones de bandas observados. Por un largo tiempo, estructuras planas simples, como los PAH, se han tomado como el origen de la emisión, pero esta atribución no proporciona ninguna comprensión sobre la forma en que surgen estos patrones de bandas. Ahora, debido a que los defectos son un resultado natural del procesamiento de la materia de polvo a la luz de las estrellas en el espacio, este resultado ofrece un marco físico coherente que puede dar cuenta de una gama completa de características de patrones espectrales de la emisión cósmica a medida que se transforma la estructura química de los compuestos.
Este estudio proporciona información fundamental sobre la estructura química de los compuestos implicados. La oscilación de la onda electrónica deslocalizada (y por tanto la emisión cósmica) depende en gran medida de la geometría del borde estructural de las unidades aromáticas. Esto impone estrictas restricciones a la estructura química dado que las bandas observadas se ven bastante similares independientemente del tipo de fuente astrofísica. Para dar cuenta de esta similitud, el estudio discute que las unidades aromáticas, independientemente de sus bordes, debe existir bajo confinamiento por un medio desordenado hecho de cadenas de hidrocarburos saturados (alifáticos), lo que podría cancelar el movimiento de las ondas electrónicas en los límites de los bordes (debido a las interferencias de las ondas). Esto proporciona un mecanismo compatible capaz de explicar la regularidad de la banda de emisión observada. Como consecuencia, esto implica que los compuestos responsables de la emisión cósmica son estructuras amorfas que consisten en una disposición entretejida desordenada de aromáticos y alifáticos de acuerdo con la interpretación del polvo de estrellas.
