Resumen
Los hielos, fase sólida de moléculas que en condiciones normales son gases o líquidos, tienen una importancia vital en la evolución
química del Universo. Su complejidad depende de diferentes procesos como formación de moléculas en ellos, cambios de fase sólidolíquido-
gas, o reacciones químicas a partir de hielos procesados energéticamente (rayos cósmicos, rayos X, UV, iones, temperatura). El
efecto de estos aportes energéticos depende de la estructura del hielo, de su composición, de las interacciones entre diferentes
moléculas Para cuantificar los efectos de la radiación en los hielos y comprender la relación sólido-gas, los laboratorios reproducen hielos
en condiciones astrofísicas simulando composiciones y procesos que ocurren en el espacio. Los experimentos sirven, por ejemplo, para
interpretar las observaciones o los datos de misiones espaciales.
Para la evaluación correcta de los espesores de los hielos creados en el laboratorio se necesita la parte real del índice de refracción.
Además, ésta permite calcular sus constantes ópticas, que se utilizarán en simulaciones que reproduzcan las observaciones. El índice de
refracción no es conocido para determinados hielos puros y para muchas de sus mezclas. Los laboratorios también determinan la fuerza
de banda de moléculas puras, o mezclas, principalmente en el infrarrojo medio. Una de las principales fuentes de error en esas
determinaciones es la densidad promedio de dichos hielos. Ésta suele tomarse como 1 g cm-3, a pesar de que ni siquiera es la densidad
del hielo de agua en la Tierra. Se pueden encontrar hielos con densidades menores de 0.5 g cm-3 (CH4) mientras otros llegan a 1.5 g cm-
3 (CO2). El de agua, a pesar de ser el más abundante en el espacio, es uno de los hielos de los que no se ha medido directamente su
densidad promedio (tiene en cuenta los poros), aunque sí su densidad intrínseca (sin poros). Ambas determinan la porosidad, que evalúa
la capacidad de retener moléculas por encima de la temperatura de sublimación de éstas. Así, moléculas como CO, N2 o CH4, que
subliman en alto vacío por debajo de 40 K, pueden quedar retenidas en la estructura de hielos que también contienen moléculas como
CO2, CH3OH o H2O, hasta que éstas subliman a unos 90, 140 y 170 K respectivamente.
El Subproyecto 2 pretende obtener la densidad y el índice de refracción de hielos de interés astrofísico, a diferentes temperaturas de
formación y su evolución al calentarlos. Este estudio no se ha llevado a cabo anteriormente por ningún otro grupo de investigación.
Además, se estudiará cómo difunden y subliman las moléculas más volátiles en el seno de hielos como el de H2O o CO2. Se simularán
sus estructuras para obtener la densidad intrínseca de los hielos y la interacción de volátiles en ellas mediante el software Materials
Studio. Estos dos últimos objetivos continúan la línea iniciada en proyectos anteriores del Plan Nacional. Los hielos puros o compuestos
de diferentes moléculas que se investigarán serán aquellos relacionados con el Subproyecto 1 que compone la actual propuesta y la
coordina.
El laboratorio cuenta con una microbalanza de cuarzo criogénica para el estudio de la difusión y sublimación de hielos. La balanza y los
sistemas interferométricos permitirán medir directamente la densidad promedio y el índice a determinadas temperaturas de depósito y,
con un espectroscopio UV, los cambios debidos a variaciones de temperatura.
