hierro

El arroyo Issaquah, en el estado de Washington, se convierte cada otoño en una sala de partos para miles de salmones. Los peces llegan, desovan y mueren, y el agua se lleva sus rastros moleculares: fragmentos de ADN, ARN de vida corta, marcas químicas sobre el texto genético.

El haz de un microscopio electrónico normalmente viaja en el vacío, como un mensajero por una autopista vacía. Cualquier molécula de aire es para él un bache que lo hace saltar y perder la dirección. Por eso antes, para examinar una muestra, había que congelarla, secarla o recubrirla de metal, y aun así solo se podía observar en vacío.

Imagina a tres testigos que presenciaron el mismo evento. Dos cuentan lo mismo, el tercero dice algo distinto. ¿A quién creer? Esta es exactamente la situación en la astronomía al medir el carbono en la estrella J0815+4729, un objeto antiquísimo con un contenido de hierro récord en su baja abundancia (carbono es uno de los elementos clave…

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.

Una estrella de neutrones es lo que queda después de la explosión de una estrella masiva. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesaría miles de millones de toneladas. En tales condiciones, los protones y neutrones pueden reorganizarse y aparecen nuevas partículas: los hiperones, similares a los neutrones pero que contienen un quark 'extraño'.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

Las baterías atómicas que funcionan con la desintegración del plutonio llevan más de sesenta años alimentando marcapasos y sondas espaciales. Pero hay poco material para ellas: en todo el mundo solo se producen unos pocos kilogramos de plutonio-238 al año, y apenas alcanza para las misiones más importantes.

El Sol es una caldera gigante donde la luz se abre paso a través de una espesa capa de materia incandescente. En su camino hacia la superficie, los fotones (partículas de luz) chocan constantemente con los átomos y pierden energía. La medida en que la materia retiene la luz se denomina «opacidad», y de ella depende la rapidez con que el calor escapa hacia el exterior.

En el centro de cada átomo hay un núcleo: una densa esfera de protones y neutrones. Estas partículas no se amontonan al azar, sino que llenan niveles de energía estrictos, como pisos en un rascacielos. Cuando un piso está completamente ocupado, el núcleo se vuelve especialmente estable: los físicos lo llaman número mágico. El más pesado de estos números en núcleos estables es 126 neutrones.

Dentro de los reactores destruidos de Fukushima yacen cientos de toneladas de combustible fundido: una mezcla de uranio, circonio, hierro y productos de fisión. Estos restos se denominan debris de combustible. Habrá que extraerlos, transportarlos y empaquetarlos de forma segura durante décadas.

El núcleo de carbono se representó durante mucho tiempo como una esfera homogénea de protones y neutrones, uniformemente mezclados como una masa. Pero el físico George Gamow sospechaba algo distinto: las partículas en su interior podrían agruparse en diminutos bloques muy compactos, los núcleos de helio, o partículas alfa.

En el núcleo ardiente de una estrella, dos núcleos de helio se acercan como dos bailarines en un escenario abarrotado. Su danza es la dispersión alfa, la base de la combustión estelar de helio. De la fluidez de su giro depende la rapidez con que la estrella quema su combustible. Antes, esta danza se describía de forma simplificada.

En las profundidades de la Tierra, el hierro está al rojo blanco y la presión es tal que un instrumento común quedaría aplastado. Para asomarse a ese mundo, los físicos crearon un microscopio especial basado en diminutos defectos del diamante (los llamados centros NV).

Una olla de papilla hirviendo a fuego fuerte: las burbujas sacan los granos del fondo a la superficie. Un mecanismo similar funciona en una estrella de neutrones. Al acumular hidrógeno y helio de una estrella vecina, de vez en cuando produce una poderosa explosión nuclear: un destello de rayos X.

Un maratonista cósmico en distancias cortas: así se puede describir al planeta GJ 367 b. Da una vuelta alrededor de su estrella en 7,7 horas. Es un mundo de tamaño algo menor que la Tierra, pero con carácter: antes se lo consideraba una bola casi pura de hierro.

El cúmulo de galaxias de Perseo es una metrópolis gigante de miles de islas estelares, inundada por un océano invisible de gas ardiente. Ese gas, como el smog urbano, guarda las huellas de todas las fábricas químicas que trabajaron en las galaxias durante miles de millones de años: explosiones de supernovas que esparcen a su alrededor átomos recién forjados.

En las profundidades, en el manto ardiente, el hierro lleva una doble vida. Puede ser divalente o trivalente, como una moneda que cae de cara o de cruz. De qué lado predomine depende cuánto oxígeno quede en la capa rocosa del planeta y cuánto se vaya al núcleo.

El péndulo más preciso del mundo no es una barra de acero, sino un diminuto núcleo atómico. El isótopo torio-229 tiene un estado excitado especial: para llevar el núcleo a él se necesita muy poca energía, similar a la de un láser ultravioleta.

El núcleo atómico se parece a un autobús lleno de gente. Para liberar espacio, un grupo de dos protones y dos neutrones —el núcleo de helio, la partícula alfa— sale por la puerta delantera: es la desintegración alfa, descrita por George Gamow como un túnel bajo la barrera de energía.

Un cubo de hielo en té caliente se derrite exactamente a cero grados. ¿Y si el hielo estuviera hecho de partículas subatómicas y el té fuera materia nuclear ardiente?

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?

Un arqueólogo sostiene en sus manos no un fragmento de cerámica, sino una estrella de verdad: una huella viva de aquella época en que el universo apenas aprendía a producir algo más pesado que el litio. Precisamente un hallazgo así es el que describen los astrónomos en un nuevo estudio.

El acero no es un monolito, sino un mosaico de granos microscópicos soldados entre sí. Sus uniones, los bordes de grano, son el punto más vulnerable: ahí es donde comienzan las grietas. Los átomos de impurezas, incluso en cantidades ínfimas, se acumulan en estas uniones como arena entre engranajes, y pueden lubricar el mecanismo o atascarlo por completo.

El núcleo atómico no es una esfera monolítica, sino un enjambre denso de partículas diminutas, los quarks, pegados con un pegamento especial (la interacción fuerte).

Una peonza gira tan rápido que está a punto de despedazarse. Añádele un imán potentísimo — tan fuerte que, si estuviera en lugar de la Luna, borraría los datos de todas las tarjetas de crédito de la Tierra. Eso es un magnetar: un resto estelar ultradenso, un conglomerado de materia donde una cucharadita pesa como una montaña.

La corteza exterior de una estrella de neutrones se parece a un pastel de capas, donde cada capa es un tipo de relleno estrictamente definido. Es una red cristalina de núcleos atómicos sumergida en un mar de electrones. Cuanto más profundo, mayor es la presión, y más pesados son los núcleos que pueden existir allí sin desmoronarse.

Imagina un edificio de varias plantas donde en cada piso viven protones y neutrones. Los pisos son los niveles de energía, y normalmente entre el sexto piso y el siguiente hay un tramo de escaleras de cierta altura: la llamada brecha. En el núcleo del átomo de oxígeno-20, esta brecha actúa como una barrera difícil de superar para las partículas.

La corteza de una estrella de neutrones no es una simple capa sólida. Bajo un peso de miles de millones de toneladas por cada centímetro cuadrado, los átomos pierden electrones y los núcleos restantes se ordenan en una rígida red cristalina que recuerda a un panal, pero de materia un billón de veces más densa que el acero.

En un jardín donde las primeras flores no solo se abren, sino que de inmediato dejan caer semillas mucho más allá de la cerca, hay algo increíblemente generoso. Algo parecido ocurría en el universo joven.

El Planeta Rojo está rodeado de escombros de mundos fallidos: bloques de piedra rellenos de metal. Enviar un kilogramo de acero de la Tierra a Marte cuesta como varios coches. Es mucho más barato recoger chatarra espacial directamente en la órbita.

El nitrógeno, ese mismo gas que respiramos, bajo una presión de un millón de atmósferas se comporta como un metal caprichoso. En una cámara de yunques de diamante se comprime hasta 78–98 gigapascales y se calienta con láser hasta 1800–2500 kelvin.

Antes se creía que el hidrógeno casi no se mezclaba con el hierro líquido a baja presión, por lo que no se esperaba encontrarlo en el núcleo lunar. Nuevos experimentos dieron vuelta esta idea.

Un cristal de hierro se asemeja a un mosaico de muchos granos densamente empaquetados. Donde un grano se encuentra con otro, surge un límite: una costura estrecha con un orden alterado. Es precisamente en estas costuras donde se esconden sorpresas para el magnetismo.

Dentro de la Tierra hay un núcleo sólido de hierro del tamaño de la Luna. Flota en metal líquido y se balancea ligeramente, como un hueso dentro de un melocotón si se agita la fruta. Estas oscilaciones se denominan modos de Slichter: el núcleo se desplaza a lo largo del eje del planeta o transversalmente. El movimiento es frenado por tres fuerzas a la vez.

El polvo de hierro arde como un pequeño castillo de fuegos artificiales: destello, calor, chispas. Para que este espectáculo se convierta en un combustible seguro para centrales eléctricas, hay que saber exactamente cuándo y cómo se enciende una partícula. Hasta ahora, los ingenieros trabajaban a ciegas: veían que el polvo ardía, pero no podían asomarse al interior de una sola mota.

Cuando un panadero amasa la masa, por los granos de harina se puede saber de qué molino proviene. Lo mismo ocurre con la Tierra: la composición del hierro en sus profundidades guarda memoria de dónde nacieron los fragmentos que formaron el planeta.

En 1978, los físicos bombardearon un blanco con un haz de iones y midieron la rapidez con la que estos se frenaban en la materia. Mediante el desplazamiento Doppler de los rayos gamma, calcularon la vida media de los estados excitados del núcleo.

Una batería de litio es como una casa con un trastero: al cargar, el litio entra; al descargar, sale. Pero si el trastero se llena de trastos, parte del litio se queda dentro para siempre. De qué metal estén hechas las paredes del trastero depende cuánto litio regrese. Los autores del estudio tomaron cuatro metales: aluminio, magnesio, plata y cobre. Cada uno absorbe el litio a su manera.

En el interior de una estrella moribunda, antes de la explosión de la supernova, tienen lugar reacciones nucleares que determinan qué elementos químicos se dispersarán por el cosmos.

El gas de una galaxia brilla como un letrero de neón, y por el color de ese brillo los astrónomos deducen lo caliente que está. La lógica es simple: cuanto más elementos pesados (los astrónomos los llaman metales) hay en el gas, mejor se enfría. Así que en las galaxias ricas en metales la temperatura debería ser más baja.