Què sabem dels exoplanetes?

El descobriment i estudi dels exoplanetes, o planetes fora dels sistema solar, ha esdevingut una de les línies d’investigació en astronomia que més desperta l’interès, no ja de la gent interessada en la ciència, sinó del públic en general. Els exoplanetes descoberts i confirmats fins ara, 11.03.2018, ja són 3.706 (NASA). Es troben a distàncies de entre 4,2 anys-llum, Pròxima Centaury b (recreació a la imatge), el més proper a la Terra i 27.727 anys-llum, Sweeps-4 b, el més llunyà. Pròxima Centaury b és un planeta similar a la Terra, de massa i radi desconeguts fins ara, amb un període orbital de 11,19 dies i radi orbital de 0,0485 UA*. Sweeps-4 b és un planeta gegant de massa 3,8 vegades la de Júpiter i radi 0,81 vegades, període orbital 4,2 dies i radi orbital 0,055 UA*.

Els planetes en els que hi ha més probabilitat de trobar vida es troben a l’anomenada zona d’habitabilitat, que és una franja al voltant de l’estrella en la que la lluminositat i la radiació permetin la presència d’aigua líquida a la superfície del planeta. Segons el Laboratori d’Habitabilitat Planetària d’Arecibo (Puerto Rico), dels exoplanetes descoberts fins ara, hi ha 13 candidats que es troben a la zona d’habitabilitat. El més proper és el ja citat Pròxima Centaury b, a 4,2 anys-llum de distància de la Terra i el més llunyà és Kepler-62 f, a 1.200 anys-llum. Notem doncs la dificultat d’arribar a aquests planetes, inclús de comunicar-nos, en el cas molt improbable de que estiguessin habitats per una civilització tecnològica amb capacitat per fer-ho.

Llegir l’article sencer, amb enllaços actualitzats a 17.10.2019.

Publicat dins de astronomia, física | Comentaris tancats a Què sabem dels exoplanetes?

Generan una partícula quàntica per explicar el raig bola

La revista Science News publica(1) que científics de l’Aalto University, Finlàndia i l’Amherst College, USA, han aconseguit la creació, per primera vegada, d’una nova partícula quàntica amb propietats d’un raig bola. La partícula podria proporcionar una esfera de plasma estable que milloraria significativament els futurs reactors nuclears de fusió.

La notícia fa referència a un article de la revista Science Advances (2), publicat, entre d’altres per Mikko Möttönen, Aalto University i David S. Hall, Amherst College, líders dels grups teòric i experimental que han aconseguit la creació.

Amb aquest treball, es coneix una mica millor el fenomen del raig bola, que no ha estat ben entès fins ara. Möttönen explica que l’han pogut crear partint essencialment de dues corrents elèctriques en contracorrent, per el que es pot entendre que un raig bola es pugui formar a la natura a partir d’un raig normal. Möttönen diu que al llarg de la història ha hagut referències de raigs bola, però rarament una evidència física dels mateixos. Ell mateix recorda haver vist un possible raig bola breument enlluernador a casa dels seus avis.

David Hall ha explicat el procés seguit: el gas quàntic (gas que respon a les lleis quàntiques) és refredat a molt baixa temperatura fins que tots els àtoms arriben a l’estat de mínima energia. En aquest estat, que s’anomena condensat Bose-Einstein, ja no es comporta com un gas sinó com un únic àtom gegant. Aleshores s’aplica un camp magnètic extern que polaritza tots els àtoms (els seus spins o moments magnètics de rotació) en la mateixa direcció i després es canvia de sobte aquest camp, fins aconseguir que en un punt del mig del condensat desaparegui el camp magnètic. En aquest moment, cadascun dels àtoms (spins) s’orienten segons el camp magnètic que ha quedat en el seu lloc, en totes direccions al voltant del punt zero, formant un nus electromagnètic dins de la partícula que te les propietats del raig bola.

Una partícula amb aquestes característiques va ser predita teòricament fa quaranta anys per dos físics espanyols, Antonio F. Rañada i José L. Trueba, de la universitat Complutense de Madrid (3). Els autors van explicar que, de vegades, després d’un raig, les línies del camp magnètic creat per la descàrrega elèctrica s’enllacen entre elles formant el que s’anomena un nus electromagnètic. Aquest nus pot confinar en el seu interior una esfera de plasma brillant. El model que van desenvolupar permetia interpretar el comportament d’aquesta esfera: el raig escalfa l’aire per sobre dels 53.500 ºF, amb el que el plasma de l’interior de l’esfera no ofereix resistència elèctrica i el corrent pot fluir durant una estona. Però com que l’esfera s’expandeix a causa de la calor, també es refreda ràpidament, perdent la conductivitat infinita i l’estructura de nus electromagnètic i destruint-se.

Una de les principals aplicacions que es pot pensar per aquest descobriment és la fabricació de reactors nuclears de fusió. Ben coneguda és la dificultat d’avançar en l’aplicació de les reaccions nuclears de fusió per obtenir energia, degut a la gran quantitat d’energia que s’ha de posar en joc prèviament per generar els camps electromagnètics que permeten confinar l’hidrogen a les altíssimes temperatures que calen per a produir la fusió. Si fos possible fer-ho utilitzant aquesta nova partícula d’obtenció relativament senzilla, s’hauria donat un pas decisiu en l’obtenció d’energia nuclear de fusió. Mikko Möttönen diu que podria ser possible, però que caldrà estudis posteriors per assegurar-ho.

Fonts d’informació utilitzades:

(1) Science News. Scientists observe a new quantum particle with properties of ball lightning. 02.03.2018. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180302144835.htm

(2) W. Lee, A.H. Gheorghe, K. Tiurev, T. Ollikainen, M. Möttönen, and D.S. Hall. Synthetic electromagnetic knot in a three-dimensional skyrmion
Science Advances 02 Mar 2018: Vol. 4, no. 3, eaao3820 DOI: 10.1126/sciadv.aao3820
http://advances.sciencemag.org/content/4/3/eaao3820.full

(3) Antonio F. Rañada & José L. Trueba. Univ. Complutense. Madrid. Ball lightning an electromagnetic knot? Nature volume 383, page 32 (05 September 1996)
https://www.nature.com/articles/383032a0

Publicat dins de energia, física | Comentaris tancats a Generan una partícula quàntica per explicar el raig bola

Transportant antimatèria en una furgoneta

Físics de la Universitat Tècnica de Darmstadt volen utilitzar antiprotons per estudiar nuclis d’elements radioactius. Com que els nuclis tenen una vida molt curta, no els poden transportar a la instal·lació del CERN, a Ginebra, on es generen els antiprotons, sinó que han de portar els antiprotons on es generen els nuclis. L’estudi pretén conèixer millor els processos a l’interior del nucli atòmic, el que permetrà als astrofísics estudiar el comportament de la matèria que forma les estrelles de neutrons. (1)

Dispositiu per transportar l’antimatèria. Imatge de (1)

L’experiment, que s’està iniciant ara, consisteix en fer xocar els nuclis radioactius amb els antiprotons en presència de detectors per observar el que succeeix. Alexandre Obertelli, responsable del projecte, remarca que, la antimatèria ha estat estudiada moltes vegades per ella mateixa, però ara servirà com eina en un experiment que es portarà a terme al CERN de Ginebra. Els antiprotons es generaran fent xocar un feix de protons amb un objectiu metàl·lic. Després seran conduits a baixa velocitat, sota l’acció d’intensos camps magnètics i elèctrics, fins un espai buit on quedaran atrapats. Aquest espai de confinament té exteriorment forma d’ampolla d’uns 70 cm de llarg. L’ampolla serà transportada uns pocs centenars de metres fins a la instal·lació ISOLDE, on es troben els nuclis a estudiar, els quals seran dirigits cap a l’entrada de l’ampolla.

Molts nuclis atòmics tenen un nombre similar de protons i neutrons. Els nuclis radioactius però, tenen major nombre de neutrons, el que fa que tinguin una distribució de partícules: tenen major nombre de neutrons que protons a la superfície i un halo estès en el que els neutrons orbiten sols. Com que els antiprotons s’anihilen tant amb protons com amb neutrons, del xoc dels antiprotons amb els nuclis es poden extreure conclusions sobre la densitat i el tipus de partícules a la superfície. I com que l’anihilació és molt ràpida, pot produir-se fins i tot en nuclis de vida curta. (2)

Fonts d’informació utilitzades

(1) Elizabeth Gibney. «Physicists plan antimatter’s first outing — in a van». Nature News. 20.02.2018.
https://www.nature.com/articles/d41586-018-02221-9
(2) Alexandre Obertelli. Projecte PUMA. Technische Universität Darmstadt.
http://www.ikp.tu-darmstadt.de/obertelli/agobertelli/research_areas/antiprotons/index.en.jsp

Publicat dins de cosmologia, física | Comentaris tancats a Transportant antimatèria en una furgoneta

La importància dels contaminants domèstics de l’aire

Els productes químics domèstics competeixen amb els vehicles com a font de contaminació de l’aire, és la conclusió de la que es fa resó la periodista científica Cally Carswell a la revista Nature News (1), fent referència a l’article publicat el 16 de febrer a la revista Science (2), per Brian C. McDonald, investigador del US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Boulder. Colorado, USA.

Smog a Nova York. imatge Wikimedia Commons.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SmogNY.jpg

Compostos orgànics volàtils que provenen de sabons, perfums, pintures, tintes d’impressora, adhesius, productes de neteja i pesticides, contribueixen tant com cotxes i camions a certes formes de pol·lució de l’aire. Fins ara s’han fet esforços per evitar la contaminació de l’aire deguda al transport, aconseguint rebaixar els nivells de pol·lució de l’aire per aquest motiu. Com a conseqüència, el percentatge de contaminació deguda als altres factors ha augmentat. Potser ara caldria pensar en com evitar la contaminació deguda als productes químics domèstics, que moltes vegades estan pensats justament per ser dispersats a l’aire. L’estudi realitzat per McDonald i col·laboradors, mostra que aquests productes domèstics són responsables de la meitat dels compostos orgànics volàtils emesos a l’aire en 33 ciutats industrialitzades dels Estats Units. Segons els autors, caldria reenfocar els esforços per mitigar la formació d’ozó i la resta de càrrega química tòxica de l’aire de les ciutats.

Es pot pensar que les grans ciutats europees tenen una contaminació de l’aire similar a les ciutats americanes i, per tant, quan patim episodis de contaminació provocats per situacions meteorològiques específiques a ciutats com Barcelona o Madrid, segurament una gran part dels contaminants provenen dels productes domèstics. Potser també aquí caldria reenfocar els esforços per millorar la qualitat de l’aire.

Fonts d’informació utilitzades:

(1) Cally Carswell. «Household chemicals rival vehicles as smog source». Nature New. 15 February 2018. https://www.nature.com/articles/d41586-018-02132-9
(2) Brian C. McDonald i altres. «Volatile chemical products emerging as largest petrochemical source of urban organic emissions». Science 16 Feb 2018: Vol. 359, Issue 6377, pp. 760-764. DOI: 10.1126/science.aaq0524
http://science.sciencemag.org/content/359/6377/760.full

Publicat dins de medi ambient, química | Comentaris tancats a La importància dels contaminants domèstics de l’aire

Possible trobada de planetes fora de la nostra galàxia

El passat 2 de febrer, Eduardo Guerras i Xinyu Dai, de la universitat d’Oklahoma publiquen (1) una prova de la presència de planetes interestel·lars, no associats a cap estrella, dins d’una galàxia situada a 3.800 milions d’anys llum de la Terra. La prova és la curvatura observada de la llum del quàsar RX J1131 (2), situat a 6.000 milions d’anys llum de la Terra, per l’efecte de lent gravitacional de la galàxia esmentada. Guerras i Dai calculen en 2000 planetes orfes, en el rang de masses entre la Lluna i Júpiter, per cada estrella de la galàxia, els que provocarien aquest efecte.

Combination image of quasar RX J1131 (center) taken via NASA’s Chandra X-ray Observatory and the Hubble Space Telescope
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/distant-quasar-RXJ1131.html

És la primera vegada que es dona una prova de la possible presència de planetes fora de la Via Làctia, però alguns experts, encara que pensen que l’estudi és rigorós, es mostren cautelosos: Guillem Anglada, professor de la universitat Queen Mary de Londres creu plausible l’explicació però discuteix que es pugui valorar en 2000 planetes; Ignasi Ribas, director de l’Institut de Ciències de l’Espai de Barcelona (IEEC-CSIC), no està d’acord en anomenar-los planetes i prefereix l’expressió «objectes de massa planetària». Eduardo Guerras però, defensa la seva hipòtesi com la més plausible. (3).

Ara (7 de febrer de 2018) que s’han descobert 3.605 planetes extrasolars confirmats (4), tots ells dins de la Via Làctia, s’haurà de veure si es verifica aquesta hipòtesi que podria obrir un nou camp en la investigació dels nous mons possibles.

Fonts d’informació utilitzades

(1) Xinyu Dai, Eduardo Guerras. «Probing Planets in Extragalactic Galaxies Using Quasar Microlensing» The Astrophysical Journal Letters, Volume 853, Number 2. 02.02.2018.
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aaa5fb/meta
(2) Chandra X-Ray. Distant Quasar RX J1131. NASA.
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/distant-quasar-RXJ1131.html
(3) Manuel Ansede. «Un español anuncia el descubrimiento de los primeros planetas fuera de nuestra galaxia». El País. 06.02.2018.
https://elpais.com/elpais/2018/02/05/ciencia/1517858232_392953.html
(4) New Worlds Atlas. NASA. https://exoplanets.nasa.gov/newworldsatlas/

Publicat dins de astronomia, cosmologia | Comentaris tancats a Possible trobada de planetes fora de la nostra galàxia

Persones més influents en ciència, segons Nature

El 18 de desembre passat (2017), la revista Nature va destacar les 10 persones més influents en ciència durant l’any 2017 (1). Els tres que han cridat més l’atenció d’aquest blog són David Liu (2), editor de gens, Marica Branchesi (3), astrofísica d’ones gravitacionals i Pan Jianwei (4), físic quàntic.

David Liu. By ServiceAT (Own work) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

David Liu ja va cridar l’atenció dels seus professors quan estudiava la llicenciatura a la universitat de Harvard. Després, quan era estudiant de doctorat, el premi Nobel i professor de Harvard, E. J. Corey, va convidar Liu a donar un seminari. Els membres de la facultat de química van quedar tan impressionats que li van oferir un lloc de treball per quan acabés la seva tesi. Ara és un expert en edició genètica, per exemple, amb el mètode CRISPR-Cas9. Es pot veure una explicació sobre aquest mètode en aquest blog (5). L’abril de 2016, l’equip de Liu ha publicat una variant del mètode que permet canviar les lletres del codi genètic, C per T i G per A, d’una cèl·lula viva, de forma fiable i predictible. Un bon nombre de malalties que tenen origen en una mutació del codi genètic basada en canvis en les lletres del codi, tenen ara noves possibilitats de curació.

Marica Branchesi. Foto Gran Sasso Science Institute.

Marica Branchesi ha aconseguit posar d’acord astrònoms i físics per treballar conjuntament en la detecció d’ones gravitacionals i alhora en l’observació de la causa que les produeix. L’11 de febrer de 2016 es van detectar per primera vegada ones gravitacionals, les quals havien estat provocades per el xoc de dos forats negres de massa unes 30 vegades la del Sol, produït fa 1.300 milions d’anys. Aquest fet va valer a Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne el Nobel de Física 2017. Branchesi, que va començar el 2009 a treballar a VIRGO, el detector d’ones gravitacionals italià, va fer que les setmanes després el 17 d’agost passat, uns 70 equips d’astrònoms i físics de tot el món captessin la primera observació directa del xoc de dues estrelles de neutrons i, alhora, les ones gravitacionals generades en l’esdeveniment. L’observació simultània, publicada el 16 d’octubre (6) permetrà conèixer millor la natura de certes explosions de raigs gamma i l’origen dels elements més pesants de l’Univers.

Pan Jianwei ha portat a Xina a l’avantguarda de la comunicació quàntica de llarga distància. Al juliol de 2017 va batre el record de teletransport quàntic: va transmetre l’estat quàntic d’un fotó des de la Terra a un satèl·lit situat a 1.400 km de distància, quan el record anterior estava en 100 km. El setembre passat (2017), el mateix equip dirigit per Pan, utilitzant el mateix satèl·lit, va fer l’encriptació quàntica d’una comunicació entre Beijing i Viena, permetent la realització d’un vídeo-xat amb completa seguretat. Per les pròpies característiques dels sistemes quàntics, si algú hagués interceptat la comunicació hauria estat detectat. Les connexions quàntiques de llarga distància podrien permetre un xifrat mundial irrompible o la creació d’un telescopi de super resolució, combinant la llum procedent de detectors de tot el planeta. Pan confia en que el govern xinès doni suport al seu plan de comunicació quàntica, metrologia i computació, amb un pressupost de 2.000 milions de dollars en 5 anys.

Actualització del 20.01.2018.
Live Science publica la notícia de que la xarxa quàntica xinesa ja és online. Senyals de ràdio i televisió, així com converses telefòniques i dades ja circulen en condicions de seguretat mai vistes. (7)

Fonts d’informació utilitzades
(1) Heidi Ledford i altres. Nature’s 10. Ten people who mattered this year. 18.12.2017.
https://www.nature.com/articles/d41586-017-07763-y?accessible=true
(2) David Liu. Departament of Chemistry and Chemical Biology. Harvard University.
https://chemistry.harvard.edu/people/david-r-liu
(3) Marica Branchesi. Gran Sasso Science Institute.
http://www.gssi.infn.it/people/professors/lectures-physics/item/1997-branchesi-marica
(4) Pan Jianwei. Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale. University of Science and Tecnology. China. http://quantum.ustc.edu.cn/member/homepage.php?uid=16
(5) Emmanuelle Charpentier, en aquest blog: http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1138
(6) B.P. Abbott i altres. Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger». The Astrophysical Journal Letters. 16.10.2017.
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa91c9/meta

(7) China’s Quantum-Key Network, the Largest Ever, Is Officially Online. By Rafi Letzter, Staff Writer | January 19, 2018 10:56am ET. https://www.livescience.com/61474-micius-china-quantum-key-intercontinental.html?utm_source=notification

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 20 de desembre de 2017

Publicat dins de astronomia, biologia, cosmologia, física, informàtica | Comentaris tancats a Persones més influents en ciència, segons Nature

Forat negre massiu més antic dels descoberts fins ara

Eduardo Bañados i el seu equip de l’observatori de Las Campanas del nord de Xile, han descobert el forat negre massiu més antic dels que s’han trobat fins ara. El passat 6 de desembre (2017) van publicar a la revista Nature (1) l’observació del quàsar ULAS J1342+0928, associat a un forat negre supermassiu, 800 milions de vegades la massa del Sol, amb un valor de desplaçament cap al roig de z = 7,54. Aquest valor indica que l’observació correspon a un forat negre existent quan l’univers tenia només 690 milions d’anys d’edat i es començaven a formar les primeres estrelles i galàxies. Els autors també han trobat evidències de que l’hidrogen situat al medi intergalàctic era neutre, d’acord amb el que prediu el model cosmològic generalment acceptat.

Els quàsars, els objectes més brillants de l’univers, es produeixen quan un gran forat negre situat al centre d’una galàxia absorbeix tota la matèria del seu voltant, alliberant una gran quantitat d’energia en forma de radiació. Uns 400.000 anys després del Big Bang, protons i electrons es van combinar per formar hidrogen neutre en un univers fosc. La gravitació començà a formar les primeres estrelles, que van començar a emetre radiació en l’etapa de reionització, entre 150 i 1000 milions d’anys després del Big Bang. La reionització va fer que l’univers es tornés transparent a la llum i els fotons poguessin viatjar lliurement.

ULAS_J1120+0641. Recreació artística. By ESO/M. Kornmesser – http://www.eso.org/public/images/eso1122a/ , CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15700804

Aquest descobriment es produeix 6 anys després de la trobada de l’anterior forat negre més antic, publicada a Nature el juny de 2011 (2), amb un valor de desplaçament cap al roig de z = 7,085, corresponent a 770 milions d’anys després del Big Bang. La imatge mostra una recreació del quàsar, ULAS_J1120+0641 associat a aquest forat negre.

Fonts d’informació utilitzades
(1) E. Bañados i altres. «An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5», doi:10.1038/nature25180. 06.12.2017. https://www.nature.com/articles/nature25180
(2) Daniel J. Mortlock i altres. “A luminous quasar at a redshift of z = 7.085”, doi:10.1038/nature10159 . 29.06.2011. https://www.nature.com/articles/nature10159

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 20 de desembre de 2017

Publicat dins de astronomia, cosmologia | Comentaris tancats a Forat negre massiu més antic dels descoberts fins ara

Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

El passat 6 d’aquest mes de novembre (2017), la revista Nature Chemistry ha publicat un descobriment (1) que aporta llum al misteri de l’aparició de la vida a la Terra. Científics del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, han trobat una substància, diamidofosfat (DAP, per el nom en anglès), que afavoreix la combinació, en medi aquós, dels components bàsics de la cèl·lula.

Una cèl·lula està formada almenys per tres classes de components: les proteïnes, que formen les estructures cel·lulars, els nucleòtids, que són les peces de l’ADN/ARN que porten el codi genètic, i els lípids, que formen part de la membrana cel·lular que engloba tot el que constitueix la cèl·lula. L’aparició de la vida sobre el planeta implicaria la formació d’una primera cèl·lula per reunió d’aquests tres tipus de components.

Fosforilació, clau en la formació de la primera cèl·lula. Imatge de The Krishnamurthy Lab. , Scripps Research Institute. La Jolla, California. (3)

Ramanarayanan Krishnamurthy, del departament de química del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, USA (3) i el seu equip, han demostrat que el DAP provoca la reacció de fosforilació (addició d’un grup fosfat) de nucleòtids, aminoàcids i lípids, en medi aquós de forma eficient i sense cap agent condensant, en condicions similars a les que es donaven a la Terra quan va aparèixer la vida. El procés de fosforilació dels tres components cel·lulars bàsics mitjançant el DAP, podria generar, en un únic entorn aquós, molècules prebiològiques rellevants per la formació de la primera cèl·lula. En un article anterior (2), publicat el juliol per quasi bé el mateixos autors, es detallen reaccions de fosforilació fetes per diferents agents formats per fòsfor i nitrogen. En l’article de novembre (1) però, conclouen que és el DAP l’agent que millor aconseguiria la fosforilació dels components bàsics de la cèl·lula.

Stanley Miller i Harold Urey, l’any 1952, ja van demostrar en un celebre experiment que, en determinades condicions, a partir d’una mescla de productes comuns a la Terra, com aigua, metà, amoníac i hidrogen, es podien generar aminoàcids, els maons de les proteïnes. L’experiment provava, per primera vegada, que era possible la formació de molècules orgàniques, complexes, a partir d’altres inorgàniques, més simples en les condicions de la Terra primitiva i donava suport a la teoria de que la vida s’hauria pogut formar a partir de substàncies simples presents al planeta. Però el fet que es puguin generar substàncies complexes ens porta al següent esglaó del problema que és: com es poden reunir les substàncies complexes formades, en una unitat que tingui capacitat de reproducció, és a dir, una cèl·lula? El descobriment de Krishnamurthy i el seu equip constitueix un pas endavant en l’explicació del procés de formació de la primera cèl·lula.

Fonts d’informació utilitzades
(1) Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, Megha Karki, Eun-Kyong Kim & Ramanarayanan Krishnamurthy. «Phosphorylation, oligomerization and self-assembly in water under potential prebiotic conditions”. Nature Chemistry :10.1038/nchem.2878. 06.11.2017.
https://www.nature.com/articles/nchem.2878
(2) Megha Karki, Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik and Ramanarayanan Krishnamurthy. «Nitrogenous Derivatives of Phosphorus and the Origins of Life: Plausible Prebiotic Phosphorylating Agents in Water» Life 2017, 7(3), 32; doi:10.3390/life7030032. 29.07.2017.
http://www.mdpi.com/2075-1729/7/3/32/htm
(3) The Krishnamurthy Lab. http://www.scripps.edu/krishnamurthy/

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 29 de novembre de 2017

Publicat dins de biologia, química | Comentaris tancats a Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

El descobriment de Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson impulsa a la ciència bioquímica cap a una nova era, segons l’Acadèmia Sueca que acaba de concedir el Nobel de química als tres científics. La tècnica de microscòpia crioelectrònica que han desenvolupat permet visualitzar, amb resolució atòmica, biomolècules en moviment que fins ara no havia estat possible veure.

L’eina per obtenir imatges amb tan alta resolució és el microscopi electrònic, que fins fa uns vint anys es considerava inadequat per dues raons: el feix d’electrons, que és la «llum» que utilitza el microscopi electrònic, destruïa les molècules orgàniques a les quals es dirigia i, d’altra banda, com que requereix treballar al buit, aquest buit provocava l’evaporació de l’aigua present al voltant de la molècula i això alterava la seva estructura.

Richard Henderson va aconseguir fer front als dos problemes el 1975, obtenint imatges de bacteriorodopsina, proteïna de color porpra incrustada a la membrana cel·lular de determinats organismes. Va cobrir la superfície de la mostra a observar amb una solució de glucosa, que evitava l’evaporació de l’aigua i va utilitzar un feix d’electrons suficientment feble per no destruir la molècula. Aquest procediment donava imatges de baixa resolució però, prenent imatges des de diferents angles i coneixent que els àtoms dins la proteïna estan situats seguint un patró determinat, va ser possible obtenir la millor imatge de l’estructura de la proteïna mai vista en tres dimensions.

Joachim Frank va desenvolupar un mètode matemàtic (software) que permetia reconèixer diferents patrons en la imatge i, reunint la informació dels patrons similars, millorava la resolució de la imatge 2D obtinguda. Reunint diferents imatges 2D obtingudes des de diferents angles, creava una imatge 3D. A meitat dels anys 1980, va utilitzar el mètode per obtenir la imatge de la superfície d’un ribosoma, la fàbrica de proteïnes cel·lular.

El mètode posat a punt per Henderson no servia però per molècules que fossin solubles en medi aquós, ja que aquest les alterava. Diferents investigadors van tractar de recobrir la molècula amb aigua a baixa temperatura, formant gel per evitar la dissolució. Però els cristalls de gel distorsionaven el feix d’electrons i les imatges eren inservibles. Jacques Dubochet va donar amb la solució: refredant l’aigua molt ràpidament, no es formen cristalls sinó una forma vítria (sòlid però sense l’ordenació típica dels cristalls) de l’aigua que recobreix la molècula. La temperatura prou baixa s’aconseguia amb età refredat per nitrogen líquid. El 1984 Dubochet va presentar les primeres imatges ben contrastades de diferents virus. Aquest és el mètode anomenat de microscòpia crioelectrònica.

Utilitzant el seu software amb el mètode de Henderson, Frank va obtenir el 1991 noves imatges de ribosomes en 3D amb una resolució de 40 A (Angstrom). La resolució del mètode ha anat millorant i, el 2013, s’obtenen ja imatges amb resolució atòmica (1 A) .

Imatge treta de:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/popular-chemistryprize2017.pdf

Notícia a la pàgina del Nobel:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/press.html

Publicat dins de premis nobel, química | Comentaris tancats a Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física

Rainer Weiss, Barry C. Barish, Kip S. Thorne han rebut el Premi Nobel de Física 2017 per “les decisives contribucions al detector LIGO i l’observació d’ones gravitacionals”. Les ones gravitacionals, una predicció de la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein publicada fa poc més de 100 anys, són la transmissió d’esdeveniments produïts en cossos molt massius a través del teixit de l’espai-temps. Aquestes ones tenen una acció extremadament feble sobre l’entorn, raó per la qual, el mateix Einstein estava convençut que mai podrien ser mesurades.

Per ser detectades calien per tant dues condicions: un esdeveniment còsmic suficientment potent com per generar ones gravitacionals d’una intensitat considerable i disposar d’aparells de molt alta resolució, capaç de mesurar-les. Aquestes dues condicions es van complir alhora el dia 11 de febrer de 2016, quan van arribar a la Terra les ones procedents del xoc de dos forats negres de massa unes 30 vegades el Sol, produït fa 1.300 milions d’anys, i el detector LIGO estava preparat per rebre-les i mesurar-les.

L’any 1984, un equip de científics liderat per Kip S. Thorne, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) i Reiner Weiss, de l’Institut Tecnològic de Massachussets (MIT) va posar en marxa el projecte LIGO amb l’objectiu de detectar les ones gravitacionals. LIGO consta de dos interferòmetres làser situats en punts extrems dels Estats Units, Livinstong, Louisiana, al sud-est i Hanford, Washington, al nord-oest. Cada interferòmetre consta de dos braços de 4 km que formen un angle recte, per cadascun dels quals circula un raig làser. Els raigs procedents de cada braç es troben en un punt, produint una figura d’interferència característica. Una variació en l’espai temps, provocada per exemple per una ona gravitacional, que modifiqui lleugerament la longitud dels braços, fa variar la figura d’interferència i permet detectar el pas de l’ona.

Barry C.Barish, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) s’incorpora al projecte LIGO el 1994 com a investigador principal i es nomenat director el 1997. La darrera versió, Advanced LIGO, de l’any 2010, millora la detecció allargant el recorregut dels làser fins el 1.120 km en cada braç, a través d’un sistema de miralls. El sistema és aleshores capaç de detectar canvis en la longitud dels braços milers de vegades menors que el diàmetre d’un protó. Estava preparat per a la detecció de les ones gravitacionals.

Ones de tota mena de l’espectre electromagnètic s’han utilitzat per observar l’univers, però ara, amb el descobriment de les ones gravitacionals, s’obre un camp de grans i encara desconegudes possibilitats. Les ones gravitacionals, que no són de naturalesa electromagnètica, ens permetran conèixer més a fons el teixit del que està fet l’univers, l’espai-temps.

Fonts d’informació:
Premi Nobel de Física: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/press.html
Projecte LIGO: https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-gw-interferometer

Publicat dins de cosmologia, física, premis nobel | Comentaris tancats a Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física