Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica

[16/11/2005]

Trabajo liderado por el Dr. Simón Casassus del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile (DAS), y con participación de astrónomos del University College London y Oxford University, logró observar por primera vez niveles de energía a nivel atómico que hasta ahora solamente se habían predicho teóricamente. Este estudio hizo uso de tiempo asignado a Chile, en el Telescopio Gemini-Sur, del cual nuestro país es anfitrión. El grupo encabezado por el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Chile, separó las componentes hiperfinas de una línea de emisión con longitud de onda menor que en detecciones anteriores. La gran calidad de las observaciones permitió por primera vez comparar las observaciones con predicciones teóricas de estructura atómica. La precisión de las observaciones superó la de la teoría, e incluso permitió la primera detección de estructura hiperfina cuadrupolar eléctrica en un objeto astrofísico.
Validar los modelos teóricos es fundamental para emprender el análisis de los perfiles de líneas como diagnóstico astrofísico.
Este trabajo esta siendo publicado en el Monthly Notices of The Royal Astronomical Society.
El experimento consistió en observar con el telescopio Gemini la nebulosa planetaria NGC 6302, y usar el espectrógrafo Phoenix para obtener un espectro infrarrojo de una línea llamada “prohibida” de Aluminio altamente ionizado: [AlVI]3.66um. El equipo logro así separar las componentes “hiperfínas” de una línea atómica prohibida, y cuantificar la influencia de efectos de volumen del núcleo sobre la estructura atómica. El resultado permite efectuar un nuevo diagnóstico de las razones isotópicas (cantidades relativas de átomos del mismo
elemento pero con diferente masa) en Astrofísica.

Las líneas “prohibidas”:

Las llamadas líneas prohibidas tienen muy baja emisividad, y aunque son frecuentes en el medio interestelar, son imposibles de reproducir en laboratorios terrestres porque su detección requiere de grandes columnas de material. La fuerza eléctrica de Coulomb entre un núcleo esférico y la nube electrónica es la que liga el átomo y determina la estructura de los niveles energéticos. Las líneas prohibidas son transiciones atómicas entre niveles de estructuras fina, cercanos en energía y con igual momentum angular.
Niveles de Energía:
Los niveles de energía son la evidencia directa de la cuantización de la energia. A nivel atómico, estos se manifiestan en líneas espectrales. La interacción hiperfína se debe en mayor parte al campo magnético del núcleo, pero también a la asfericidad del núcleo, que genera desviaciones a la ley de Coulomb llamadas fuerza `cuadrupolar eléctrica’. La separación entre las componentes de estructura hiperfina de las líneas prohibidas es proporcional a la longitud de onda, de manera que las primeras estructuras hiperfinas fueron detectadas en ondas radio, en transiciones moleculares. Pero las líneas atómicas ocurren a más cortas longitudes de ondas.

Nebulosas planetarias:

La nebulosa planetaria NGC 6302 corresponde a una fase muy breve al término de la evolución de una estrella 5 veces más masiva que el Sol. Al agotarse el combustible nuclear de una estrella, esta se expande hasta llegar a tener un radio del orden de una unidad astronómica. El corazón estelar queda expuesto e ioniza la envoltura en expansión, generando una gran variedad de transiciones iónicas. Las nebulosas planetarias son un mecanismo importante de retorno de material estelar enriquecido al medio interestelar, y su subsecuente condensación en nuevos sistemas planetarios. Son unas de las fuentes candidatas para explicar la presencia del isótopo radioactivo 26Al en el medio interestelar. Como 26Al tiene una vida media de 1000000 anhos, la detección de su decaimiento gamma en el medio interestelar es prueba del fenómeno de nucleosintesis estelar. Pero el origen del 26 Al interestelar aún permanece desconocido.