A veces, la ciencia puede resultar fortuita.

Ciertamente, ese fue el caso cuando el exprofesor de la Universidad de Connecticut, Greg Huber, se encontró con una imagen en una revista de física que parecía apilada, Capas uniformemente espaciadas de un garaje de estacionamiento de varios pisos. Un equipo de investigadores estaba anunciando que tales estructuras pueden existir en las profundidades de la corteza exterior de las estrellas de neutrones como una forma de pasta nuclear. (Más sobre eso más adelante).

Para Huber, la imagen era algo completamente diferente. Fue una exhibición clásica de estructuras microscópicas encontradas en el citoplasma celular que él y sus colegas de UConn ayudaron a descubrir varios años antes. En un artículo de 2014, Huber las apodó 'rampas de Terasaki' en honor al biólogo celular de UConn Mark Terasaki, su antiguo colega (y vecino de West Hartford), quien fue el primero en detectarlos.

Pero estas nuevas estructuras estaban muy lejos de casa. Cómo las formas sorprendentemente similares llegaron a aparecer tanto en pequeñas células vivas en la Tierra como en estrellas de neutrones inanimadas masivamente densas a miles de años luz de distancia, Huber fascinado. Se puso en contacto con el investigador principal de la publicación de la revista, Charles Horowitz, físico nuclear de la Universidad de Indiana, quien resultó ser uno de los antiguos profesores de Huber cuando asistió al MIT. (¿Más serendipia?)

Después de que Huber y Horowitz hablaron, se dieron cuenta de los beneficios potenciales de una colaboración. Su investigación de las similitudes estructurales aparece este mes en la revista. Revisión física C .

"Básicamente le dije (a Horowitz) que vemos cosas muy similares en el retículo endoplásmico de las células eucariotas, "dice Huber, un biofísico de materia blanda que ahora se desempeña como subdirector del Instituto Kavli de Física Teórica en la Universidad de California, Santa Bárbara. "Vemos las mismas hojas espaciadas uniformemente conectadas por rampas en espiral (los estacionamientos). También vemos uniones tubulares de tres vías similares con ángulos de 120 grados tal como estaban viendo".

Se cree que las rampas Terasaki que se encuentran en las células ayudan a maximizar la síntesis de proteínas al proporcionar una mayor área de superficie para que los ribosomas se empaqueten y construyan proteínas.

Las estructuras del 'estacionamiento' que se encuentran en las estrellas de neutrones parecen desempeñar un papel muy diferente.

Si bien los motivos estructurales de la estrella de neutrones parecen casi idénticos a los que Huber y Terasaki encontraron dentro de las células, las escalas físicas y los niveles de energía están fuera de lo común. Las estrellas de neutrones se forman cuando las estrellas más grandes mueren y colapsan sobre sí mismas. Son las estrellas más pequeñas y densas que se conocen. Lo único más denso es un agujero negro. La corteza exterior de una estrella de neutrones es 14 órdenes de magnitud más densa que el entorno acuoso de una célula. El campo gravitacional de la estrella es 2 × 10¹¹ veces mayor que el encontrado en la Tierra, y las estrellas de neutrones pueden girar varios cientos de veces por segundo.

La biología a escala celular, por otro lado, se basa en, lo que nos parece, un entorno relativamente mundano dominado por la entropía del agua y el ensamblaje de biomoléculas. Los dos objetos no podrían ser más diferentes en términos de escalas de temperatura, escalas de presión, escalas de longitud, etc., dice Huber. Sin embargo, geométricamente sus estructuras tipo garaje de estacionamiento de "rampa Terasaki" parecen iguales.

"En física, A menudo vemos que la naturaleza usa formas similares a pesar de que los materiales subyacentes son completamente diferentes, ", dice Huber." Hay un patrón que es más profundo que los detalles de las cosas que lo componen ".

La investigación de Huber y Horowitz planteó preguntas intrigantes.

Una de sus conclusiones iniciales fue que las formas de las rampas de Terasaki pueden estar dictadas tanto por las reglas de la geometría como por cualquier otra cosa. y puede ser independiente de otras consideraciones microscópicas.

En estrellas de neutrones las estructuras pueden reducir la conductividad eléctrica y térmica en la corteza de la estrella, impacta la forma en que se enfría la corteza, y posiblemente jugar un papel en la eventual desintegración de los campos magnéticos de la estrella, Dicen Huber y Horowitz. O no. Alternativamente, las láminas en capas y las rampas helicoidales pueden permitir que los protones se filtren por todo el sistema exterior de la estrella de neutrones, haciéndolo superconductor.

Este estudio inicial, Huber dice:es solo el comienzo de un nuevo camino para la investigación.

Con estrellas de neutrones tan lejos Los físicos nucleares como Horowitz se basan en modelos informáticos avanzados para ilustrar sus diversas teorías. Las diferentes estructuras que se han identificado en las estrellas de neutrones se conocen como 'pasta nuclear' debido a sus formas parecidas a las de una pasta. Hay una fase de espagueti en forma de cinta, una fase de lasaña en forma de hoja, e incluso una fase compacta de ñoquis. Las diferentes fases se forman en una región de transición intensa entre la capa exterior de la estrella y el núcleo ultradenso.

Pero ahora que se ha hecho una conexión con las rampas de Terasaki, Los físicos nucleares deberían poder tomar prestadas ideas de los estudios a nivel celular que se están realizando para mejorar su propio modelado de cómo las fuerzas físicas están dando forma a algo tan grande y desconocido como las estrellas de neutrones.

"Una forma de verlo es que la física utiliza estructuras una y otra vez, "dice Huber." Es casi como si la física reciclara estructuras y motivos fundamentales. Las mismas ecuaciones aparecen a pesar de cuál es el sistema. Vemos patrones similares a pesar de las enormes disparidades en escala y energía. Usando esta nueva información, podemos hacer mejores modelos que podrían ayudarnos a aprender más sobre por qué la corteza de una estrella de neutrones se comporta de cierta manera ".

Se ha dicho que todos tenemos una cierta deuda de gratitud con las estrellas, como los elementos fundamentales de la vida:el hidrógeno, oxígeno, planchar, carbono - vino del polvo de estrellas. Pero Huber y sus colegas están felices de dejar preguntas sobre nuestra interconexión universal a los filósofos. Por ahora, su atención se centra en la 'pasta, '' Rampas Terasaki, 'y esas misteriosas estrellas de neutrones que giran en el cielo.