Un nuevo modelo astroquímico reproduce por primera vez la compleja química del azufre en hielos interestelares y acerca a los científicos a resolver una desaparición que intriga desde hace décadas.
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Un equipo de científicos ha confirmado que los procesos químicos que ocurren en los hielos interestelares podrían explicar parte del llamado “problema del azufre perdido”, un enigma que lleva décadas desconcertando a los astrónomos y que implica la desaparición aparente de hasta el 99% del azufre esperado en las regiones donde nacen las estrellas.
El hallazgo llega gracias a una nueva simulación desarrollada por investigadores del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y del Centro de Astrobiología. El modelo reproduce con una precisión sin precedentes lo que sucede cuando la radiación ultravioleta impacta sobre mezclas heladas que contienen compuestos ricos en azufre. El resultado no solo ayuda a interpretar experimentos de laboratorio, sino que también ofrece nuevas pistas sobre cómo evoluciona la química del cosmos.
Durante años, los astrónomos han observado una paradoja desconcertante. En las nubes interestelares difusas, el azufre aparece en las cantidades esperadas según los procesos de nucleosíntesis estelar. Sin embargo, cuando observan las nubes moleculares frías y densas donde se forman nuevas estrellas, la mayor parte de ese elemento parece evaporarse del mapa. ¿Dónde se esconde? La respuesta podría encontrarse enterrada bajo innumerables capas microscópicas de hielo cósmico.
Para investigar el fenómeno, los científicos se centraron en reproducir mediante simulación un experimento realizado en 2024. En aquella prueba, una mezcla de dióxido de carbono (CO₂) y disulfuro de carbono (CS₂) fue enfriada hasta apenas 10 kelvin, una temperatura cercana al cero absoluto.
Posteriormente, los investigadores bombardearon la muestra con fotones ultravioleta de vacío, conocidos como VUV. Estas partículas de luz poseen suficiente energía para romper enlaces químicos y desencadenar reacciones complejas incluso en entornos extremadamente fríos.
El resultado no solo ayuda a interpretar experimentos de laboratorio, sino que también ofrece nuevas pistas sobre cómo evoluciona la química del cosmos.
Lo que ocurrió fue sorprendente. Las moléculas originales comenzaron a fragmentarse y a reorganizarse en una amplia variedad de nuevos compuestos ricos en azufre. Entre ellos aparecieron dióxido de azufre, sulfuro de carbonilo y diferentes formas de azufre elemental agrupadas en largas cadenas conocidas como alótropos. Pero había un detalle todavía más intrigante.
Una parte significativa del azufre parecía desaparecer durante el proceso experimental. Los investigadores sospecharon que no se había destruido realmente, sino que había quedado atrapado en estructuras moleculares largas e invisibles para los instrumentos empleados en la observación. Ese escenario encajaba perfectamente con una de las hipótesis más sólidas para explicar el misterio cósmico: que el azufre se oculta en formas químicas difíciles de detectar, atrapadas dentro de granos de polvo cubiertos por hielo en el espacio interestelar.
La nueva simulación, desarrollada mediante el código astroquímico pyRate, permitió estudiar en detalle cómo evolucionan estas reacciones. A primera vista podría parecer una cuestión sencilla. Muchos modelos asumen que las moléculas se desplazan lentamente sobre una superficie helada hasta encontrarse con otras moléculas y reaccionar. Este mecanismo recibe el nombre de difusión térmica.
Sin embargo, cuando el equipo aplicó únicamente este proceso a la simulación, algo inesperado ocurrió. Las reacciones prácticamente se detuvieron. A temperaturas cercanas a los 10 kelvin, la energía disponible es tan escasa que los movimientos moleculares son extremadamente limitados. El modelo no lograba reproducir la abundancia de compuestos observada en el laboratorio.
Sin embargo, cuando el equipo aplicó únicamente este proceso a la simulación, algo inesperado ocurrió.
La solución apareció al incorporar un mecanismo conocido como “química no difusiva”. En este escenario, los fragmentos atómicos generados por la ruptura de una molécula pueden reaccionar inmediatamente con sus vecinos antes de desplazarse por la superficie. El cambio fue decisivo.
De repente, las simulaciones comenzaron a producir una diversidad química mucho más parecida a la observada experimentalmente. Los autores concluyen que este tipo de reacciones instantáneas podría desempeñar un papel mucho más importante de lo que se pensaba en la química de los hielos interestelares. Pero el estudio no terminó ahí.
Los investigadores también lograron estimar hasta qué profundidad pueden penetrar los fotones ultravioleta en una capa helada. El resultado apunta a unas 100 monocapas de hielo, una cifra que podría incorporarse a futuros modelos astroquímicos y que ayuda a resolver debates previos sobre la capacidad de la radiación para alterar regiones internas de estos depósitos congelados.
Aunque los resultados fueron prometedores, surgieron discrepancias inesperadas entre el experimento físico y la simulación informática. En el laboratorio, el compuesto dominante tras la irradiación fue el dióxido de azufre. Además, se detectaron grandes cantidades de alótropos de azufre.
Los investigadores también lograron estimar hasta qué profundidad pueden penetrar los fotones ultravioleta en una capa helada.
Sin embargo, el modelo predecía niveles mucho más bajos de ambos productos. Por el contrario, la simulación sugería abundancias elevadas de otras moléculas como monóxido de azufre, monosulfuro de carbono y sulfuro de carbonilo. A simple vista parecía un fracaso. Pero los investigadores decidieron examinar nuevamente los datos experimentales.
Y entonces apareció una posibilidad fascinante. Las señales espectroscópicas de algunas de estas moléculas podían estar ocultas bajo la intensa firma del dióxido de azufre. En otras palabras, los experimentos podrían haber detectado menos compuestos de los que realmente estaban presentes debido a un efecto de solapamiento en las mediciones.
Este hallazgo tiene implicaciones importantes. No solo indica que los modelos actuales siguen siendo incompletos, sino que también sugiere que algunos experimentos podrían estar infravalorando la complejidad química real que se desarrolla en los hielos cósmicos. Es precisamente en estas discrepancias donde suele avanzar la ciencia.
Cuando una simulación y una observación no coinciden, los investigadores se ven obligados a revisar sus hipótesis, perfeccionar sus instrumentos y replantear los mecanismos fundamentales que gobiernan el fenómeno estudiado. En este caso, el objetivo final va mucho más allá de reproducir un experimento de laboratorio.
Comprender el destino del azufre significa entender mejor la evolución química de las nubes moleculares, los discos protoplanetarios y, en última instancia, los ingredientes que participan en la formación de planetas y sistemas estelares.
El universo suele guardar sus secretos en los lugares más inesperados. A veces no se esconden en galaxias lejanas ni en agujeros negros colosales, sino en delicadas películas de hielo depositadas sobre diminutos granos de polvo flotando entre las estrellas.
El universo suele guardar sus secretos en los lugares más inesperados.
El nuevo modelo no ha resuelto definitivamente el misterio del azufre perdido, pero ha estrechado considerablemente el cerco. Al demostrar que las reacciones químicas no difusivas pueden desempeñar un papel esencial y al revelar posibles limitaciones en los experimentos actuales, el trabajo abre una nueva vía para investigar uno de los problemas más persistentes de la astroquímica moderna.
Mientras telescopios como el James Webb continúan explorando regiones cada vez más profundas del cosmos, herramientas como pyRate permitirán interpretar mejor las señales que llegan desde esos laboratorios naturales dispersos por la galaxia.
Quizá el azufre nunca estuvo realmente perdido. Tal vez simplemente llevaba millones de años esperando, silencioso y oculto bajo cien capas de hielo interestelar, a que la ciencia aprendiera finalmente dónde buscar.
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