hidrógeno

Dentro del acero de un futuro reactor de fusión se forman diminutas burbujas de helio, y en sus paredes se desarrolla un drama químico. Los átomos de cromo y tántalo, como centinelas, ocupan lugares en el borde de la cavidad y cambian las reglas del juego para el hidrógeno.

Sobre la mesa hay un puñado de monedas del mismo valor, pero de acuñaciones distintas. Si pesamos el puñado entero, solo sabremos el peso medio, pero no la historia de cada moneda.

El hidrógeno en una molécula a veces se parece más a una onda que a una bolita, capaz de filtrarse a través de una barrera de energía como un fantasma a través de una pared. Los químicos llaman a esto efecto túnel, y está en la base de muchos procesos, desde el funcionamiento de las enzimas hasta la transferencia de carga en los materiales.

A 40 años luz de nosotros vive una estrella que durante mucho tiempo pasó desapercibida: TRAPPIST-1 emite al espacio dos mil veces menos luz que el Sol. Pero a su alrededor se encontraron nada menos que siete planetas del tamaño de la Tierra, y tres de ellos orbitan en la zona donde el agua podría permanecer líquida.

Un reactor de fusión es como un horno sobrecalentado donde el plasma alcanza millones de grados. Las paredes de ese horno se hacen de tungsteno: es el metal más refractario que existe. Pero ni el tungsteno aguanta sin protección: las partículas rápidas del plasma bombardean la superficie y arrancan átomos.

El antiprotón es la imagen especular del protón: tiene la misma masa, pero carga negativa. Al entrar en contacto con la materia, normalmente se aniquila al instante: desaparece liberando energía al chocar con el núcleo de un átomo.

Cuando en una galaxia nacen estrellas, hacen que el hidrógeno brille, como un letrero de neón, pero a escala cósmica. Esa luz podría decirnos mucho sobre cuántas estrellas están apareciendo, pero en su camino hacia nosotros atraviesa polvo cósmico. El polvo es como un vidrio empañado: amortigua y cambia el color del resplandor.

En una densa nube molecular, en el borde de un gas brillante, trabaja una cinta transportadora invisible. Toma fragmentos simples —átomos individuales y pares ligeros— y, paso a paso, los une para formar largas cadenas y anillos de carbono. La primera pieza de esta cinta transportadora ha escapado durante mucho tiempo a la vista. Ahora se ha encontrado.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

A 1900 pársecs de nosotros, en la constelación de Vulpécula, pulsa la estrella V420 Vul, una variable de tipo Mira. Estas estrellas, al final de sus vidas, se expanden y expulsan sus capas externas. Pero alrededor de V420 Vul los astrónomos no vieron simplemente una envoltura expulsada, sino algo más complejo.

En una fila apretada de átomos, separados por distancias menores que la longitud de onda de la luz, se esconde un estado asombroso. La excitación se reparte entre todas las partículas de tal manera que su radiación se anula a sí misma.

El haz de una linterna atraviesa la niebla. Cuanto más densa es la niebla, más se dispersa la luz y más tarde llega al ojo. Un principio similar opera con las ráfagas rápidas de radio: misteriosos pulsos ultrapotentes provenientes de galaxias lejanas.

Un trozo de película más delgado que un cabello humano se colocó entre yunques de diamante y se comenzó a comprimir. La presión aumentaba: cien mil atmósferas, medio millón, un millón... Y el material seguía conduciendo corriente sin resistencia.

El amanecer cósmico está oculto tras un denso velo de tiempo. Para mirar a través de él, hay que captar la señal de radio de las nubes de hidrógeno neutro: la famosa señal global de 21 cm de longitud de onda. Pero es tan débil que el propio ruido del receptor la ahoga.

Un cúmulo estelar joven se parece a una orquesta antes del concierto: cada instrumento se afina a su manera y el rumor general parece caos. Pero si uno presta atención, puede distinguir notas individuales.

El agua puede ser de muchas clases. No solo dulce o salada, sino también «pesada», si en su molécula, en lugar del hidrógeno común, se encuentra el deuterio, su hermano más masivo. A esa agua se la llama HDO, y es un auténtico pasaporte cósmico: según la cantidad de deuterio en el agua, se puede saber dónde y cuándo nació esa agua.

En una lámina ultrafina de grafeno de cuatro capas, los electrones pueden comportarse como un líquido congelado. Con un enfriamiento intenso y bajo la acción de un campo eléctrico, dejan de moverse frenéticamente y se alinean en un patrón regular: el cristal de Wigner. Es similar a cómo las gotas de agua se convierten en panales de hielo con el frío.

Los electrones en una molécula se parecen a bailarines que intentan mantenerse alejados unos de otros. Pero cuando dos se acercan mucho, su baile sufre un tropiezo brusco: surge la llamada cúspide de Coulomb (una profunda depresión en la energía de interacción).

En la gigantesca cuna cósmica, la nebulosa Tarántula, los astrónomos observaron de cerca 122 estrellas masivas, cada una al menos 30 veces más pesada que el Sol. Midieron el contenido de nitrógeno en sus atmósferas y el panorama resultó inesperado.

En las aguas costeras poco profundas, donde el agua va y viene, la vida sigue el ritmo del sol. La película marrón en la superficie del lodo no es simple suciedad, sino una densa comunidad de diminutas diatomeas.

3I/ATLAS irrumpió en el Sistema Solar como un invitado no deseado, un regalo del destino para los cazadores de inteligencia extraterrestre.

Un subneptuno es un planeta cuyo tamaño se sitúa entre la Tierra y Neptuno. Estos mundos son muy abundantes en nuestra galaxia, pero su estructura sigue siendo objeto de debate. Una nueva investigación muestra que, en su juventud, estos planetas se comportan como una esponja empapada en agua.

La superficie marciana es un lugar donde todo ser vivo muere rápidamente. Los rayos cósmicos y los omnipresentes oxidantes esterilizan la capa superior del suelo. Pero basta con cavar un poco más profundo y el panorama cambia. Allí, donde no llega la radiación ultravioleta, podría esconderse una zona habitable.

Antes se consideraba a Urano y Neptuno como gigantes de hielo debido a las supuestas capas de agua, metano y amoniaco congelados. Nuevos cálculos pintan un panorama diferente: en sus profundidades se esconde un océano de magma caliente que, bajo una presión enorme, ha absorbido una cantidad colosal de hidrógeno.

El agua en un vaso parece simple, pero para romperla en oxígeno e hidrógeno con luz solar no basta con transferir electrones: además, deben 'ponerse de acuerdo' sobre la dirección de su giro. La molécula de oxígeno nace con dos electrones desapareados que giran en el mismo sentido.

El telescopio James Webb observó el disco de gas y polvo alrededor de una joven estrella, donde nacen planetas, y por primera vez distinguió hielo de agua pesada. Esta agua no es común: en sus moléculas, el hidrógeno ordinario es reemplazado por deuterio, su primo más pesado.

En el corazón de una nube molecular nace una estrella masiva. Su luz ultravioleta ioniza el hidrógeno y la nube brilla en la línea Lyman-alfa. Pero para el fotón, ese destello no es una liberación, sino un encarcelamiento en un laberinto de espejos.

Una orquesta abarrotada toca cada instrumento su propia parte, y tú intentas distinguir la voz suave de una flauta rara: su melodía se ahoga entre violines y trompetas. Así se ve, más o menos, la caza de moléculas en las nubes interestelares: los telescopios captan las «voces de radio» de muchas sustancias, y distinguir la señal buscada entre el ruido no es tarea fácil.

Núcleos atómicos envueltos en esponjosos abrigos de electrones: con semejante ropa, no hay abrazo que valga. Pero cambia el abrigo ligero por uno pesado: el muón, una partícula del modelo estándar, comprime la nube casi 200 veces.

Un cilindro de acero que ha contenido hidrógeno durante mucho tiempo a veces se rompe no por los límites de grano habituales, sino directamente a través de los granos cristalinos, dejando un patrón extraño: como si la grieta hubiera elegido un camino equivocado. Durante mucho tiempo se observó esto y se preguntaron: ¿por qué ocurre así?

La radiación cósmica de fondo es el resplandor residual del Big Bang que vemos en ondas milimétricas. Pero también tiene una cola de onda larga que se extiende hasta el rango de radio. En longitudes de onda superiores a 21 centímetros, esta luz comienza a ser absorbida por el hidrógeno neutro disperso en el espacio lejano.

A partir de carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre se pueden formar 10⁶⁰ moléculas pequeñas distintas: un 1 seguido de 60 ceros, más que estrellas en el universo observable. La vida solo utiliza una diminuta parte de este menú, pero no de cualquier manera.

La luz tarda 124 años en llegarnos. Ese es el tiempo que necesitan los rayos de la estrella para traernos noticias del planeta K2-18b, un mundo completamente cubierto por un océano, pero envuelto en una gruesa manta de hidrógeno. Es aproximadamente dos veces y media más grande que la Tierra.

El hidrógeno es el elemento más abundante. Sus átomos son como antenas: emiten y absorben luz en frecuencias muy específicas. Einstein predijo que el espacio-tiempo puede ondularse: son las ondas gravitacionales.

La luz en una fibra óptica viaja por el núcleo sin apenas escapar al exterior. Pero si uno se acerca mucho, puede sentir un leve temblor del campo en la superficie: la onda evanescente.

En un denso capullo de gas alrededor de una joven estrella masiva, como en un gigantesco matraz químico, chocan flujos de materia. Uno de ellos se mueve respecto a nosotros a unos 11 kilómetros por segundo, el otro a unos 5.

Buscar señales extraterrestres es como intentar oír un susurro en un estadio rugiendo. El telescopio Green Bank escuchó 70.000 estrellas, pero 100 millones de picos resultaron ser ruido terrestre: de teléfonos, satélites, microondas. La automatización filtró casi todo, el resto fue verificado por 40.000 voluntarios. No hay susurro alienígena.

Una grieta fina corre por el vidrio. A primera vista, la línea de fractura simplemente refleja la fragilidad del material. Pero si nos fijamos en el nivel de los átomos, la imagen se complica: el vidrio comienza a resistirse de manera diferente cuando la grieta se acelera.

El universo está estructurado como una esponja: tiene regiones densas, repletas de galaxias y gas, y poros gigantes — los vacíos cósmicos. Estos vacíos ocupan la mayor parte del espacio, pero su contenido seguía siendo un misterio — la materia allí casi no se manifiesta.

En un cristal de agua e hidróxido de cesio, los átomos de oxígeno y cesio permanecen en sus lugares, como cuentas en una red rígida. Los átomos de hidrógeno se comportan de manera diferente: son como pasajeros que cambian constantemente de asiento.