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Una pelota rueda hacia una colina, pero no tiene suficiente impulso y vuelve a caer. Así lo dicta la mecánica clásica. Pero en el mundo cuántico, una partícula diminuta a veces atraviesa la colina como si no existiera. Ese truco —el efecto túnel— es algo habitual para el ligero átomo de hidrógeno.

En las frías nubes del espacio interestelar, la temperatura desciende hasta diez grados por encima del cero absoluto. Apenas hay energía para colisiones químicas, pero es precisamente allí donde nacen moléculas complejas, incluidas las aromáticas, similares a los anillos de benceno. Los autores del estudio comprobaron con qué frecuencia el átomo de hidrógeno recurre a su truco cuántico para acelerar las reacciones con el hidrógeno molecular H₂. Examinaron la extensa base de datos KIDA y encontraron 64 reacciones en las que el efecto túnel podría desempeñar un papel.

Las cuatro reacciones más interesantes se estudiaron con nuevos cálculos de superficies de energía potencial y el método RRKM. Para los radicales C₂H, OH y CN, las velocidades resultaron ser 1.66×10⁻¹⁵, 8.17×10⁻¹⁶ y 3.15×10⁻¹⁶ cm³/s, valores increíblemente pequeños. Pero debido a la enorme abundancia de H₂, estas reacciones alcanzan a procesar una fracción notable de los radicales y compiten con otros procesos. En cambio, para NH₂ el efecto túnel no ayudó: la velocidad es demasiado baja incluso para escalas cósmicas.

Luego, los científicos modelaron cómo estas reacciones aceleradas afectan la abundancia de moléculas aromáticas. Prestaron especial atención al ion ciclopropenilio c-C₆H₅⁺, un actor clave en la formación de anillos de benceno. Variando la velocidad de las reacciones en las que participa, los autores obtuvieron límites superiores e inferiores para las concentraciones de aromáticos en una nube molecular típica. El efecto túnel del hidrógeno puede desplazar notablemente estas estimaciones, lo que significa que nuestros modelos de química interestelar deben actualizarse para entender de dónde provienen las moléculas orgánicas complejas en el espacio.

Resumen original

tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2604.21892

Hydrogen atom tunneling likely plays a substantial role in the gas-phase chemistry of astrochemical environments. To determine the potential effect that it has on the chemical modeling of aromatic molecules, we screened the kida.uva.2024 network, and our own expanded network to find reactions which could be significantly accelerated by hydrogen atom tunneling in the ISM. In total, 64 reactions were identified. The hydrogen abstraction reactions from H$$_{2}$$ to four key interstellar radicals (C$$_{2}$$H, OH, CN, and NH$$_{2}$$) were studied further using newly calculated potential energy surfaces and RRKM analyses to determine rate coefficients for a temperature of 10 K and a density of 2 $$\times$$ 10$$^{4}$$ cm$$^{-3}$$. Despite having low rate coefficients of 1.66 $$\times$$ 10$$^{-15}$$, 8.17 $$\times$$ 10$$^{-16}$$ and 3.15 $$\times$$ 10$$^{-16}$$ $$\mathrm{cm^{3}\,s^{-1}}$$ the C$$_{2}$$H, OH, and CN reactions are competitive in the ISM, due to large overall rates caused by the high abundance of molecular hydrogen. The calculated value for the NH$$_{2}$$ reaction, however, was much smaller and found to be inefficient at ISM conditions. The possible effects of all other considered reactions were studied with simulations using calculated collision limit rate coefficients. Upper and lower bounds were then placed on modeled aromatic abundances using the most significant reactions. Due to the dependence of calculated aromatic abundances on reactions involving c-C$$_{6}$$H$$_{5}^{+}$$ and the recent questions surrounding its reactivity, we also explored the abundance variations caused by reactions leading to or involving c-C$$_{6}$$H$$_{5}^{+}$$.