Cristal extraterrestre descubierto en una remota Península de Kamchatka de Rusia

Un mineral raro y exótico, tan inusual que se pensaba imposible de existir, llegaron a la Tierra en un meteorito, según un equipo internacional de investigadores liderado por científicos de la Universidad de Princeton.

El descubrimiento proporciona evidencia de los orígenes extraterrestres de la muestra sólo se conoce en el mundo de una forma natural cuasi cristal. 

Se encuentra en una roca recogida en un rincón remoto del extremo oriental de Rusia, el cuasi cristal natural era con toda probabilidad, durante los primeros días del sistema solar, alrededor de 4,5 millones de años, haciendo que el mineral tal vez mayor que la Tierra misma, de acuerdo con la investigación equipo. 

Los resultados, que vienen tres años después de que el equipo identificó los minerales como el primer cuasicristal natural, recientemente se han publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. "El hallazgo es importante evidencia de que los cuasicristales se pueden formar en la naturaleza en condiciones astrofísicas, y proporciona pruebas de que esta fase de la materia puede permanecer estable durante miles de millones de años", dijo el físico Paul Steinhardt, de la Albert Einstein profesor en Ciencias de la Universidad de Princeton y uno de los Los líderes de la investigación.


A pesar de los cuasicristales son los minerales sólidos que se ven muy normal en el exterior, su estructura interna hace fascinante para los científicos. En lugar de repetir periódicamente los grupos de átomos se ve en la mayoría de los cristales, cuasicristales contienen una disposición atómica más sutil y complejo que participen dos o más grupos repitiendo.

Como resultado, los átomos de un cuasi cristal se puede organizar de manera que no se encuentran comúnmente en los cristales, como la forma de un icosaedro de 20 caras con la simetría de un balón de fútbol.

El concepto de cuasicristales - junto con el término - fue introducido por primera vez en 1984 por Steinhardt y Dov Levine, tanto entonces como en la Universidad de Pennsylvania. La primera cuasicristal sintético, una combinación de aluminio y manganeso, se informó en 1984 por el científico de materiales Shechtman israelí Dan y sus colegas del Instituto Nacional de EE.UU. de Estándares y Tecnología, un hallazgo que Shechtman ganó el 2011 Premio Nobel.


Puesto que el trabajo Shechtman fue publicado, los científicos han creado cerca de 100 tipos de cuasicristales sintéticos, algunos de los cuales ahora se utilizan en revestimientos duraderos y hojas de bisturí. Los científicos también están explorando las capas para su uso en la sartén y el aislamiento térmico de los motores.

Durante años, muchos expertos creían que los cuasicristales, aunque interesante, se podría hacer en las condiciones cuidadosamente controladas disponibles en un laboratorio. Muchos también se cree que los materiales eran inestables y que, después de un período prolongado de tiempo, volver a los cristales normales.

Steinhardt, que se mostró escéptico de esta visión, decidió poner en marcha una búsqueda para ver si tal vez la naturaleza había vencido a los científicos para el golpe, y ya había producido cuasicristales. En 1999, él y sus colaboradores comenzaron una intensa búsqueda de los cuasicristales natural. El equipo escaneó una base de datos de los resultados experimentales de más de 80.000 materiales conocidos en busca de signos de la estructura cuasicristalinos. A continuación, los investigadores comenzaron peinado museos y colecciones privadas de las muestras que contienen ciertas combinaciones de metales como el aluminio, a menudo se encuentran en los cuasicristales sintético.

En 2008, los investigadores finalmente descubrió una ventaja cuando fueron contactados por Luca Bindi, un mineralogista del Museo de Historia Natural de Florencia, Italia. Bindi sugirió que Steinhardt probar algunas de sus muestras, incluyendo un raro mineral llamado khatyrkite, que estaba compuesto de cobre y aluminio. La muestra había sido almacenada en una caja como parte de 10.000 minerales adquiridos por el museo a un coleccionista privado en Amsterdam. El marcado en la caja indica que la muestra proviene de las montañas de Koryak, en la parte noreste de la península rusa de Kamchatka (imagen aboce).

Cuando la muestra llegó de Italia, sin embargo, que había sido cortado en la roca, dejando Steinhardt con granos microscópicos de trabajar con, y no hay margen para el error.

"Si hubiéramos caído de la muestra, que se habría perdido para siempre", dijo Nan Yao, colega Steinhardt de Princeton. Yao cuidadosamente el suelo pequeña muestra, que se mide la anchura de un cabello humano, en las franjas aún más pequeña necesaria para sondear la estructura para ver si se trataba de un cuasi cristal. La técnica que utilizaron, microscopía electrónica de transmisión, consiste en disparar un haz de electrones en una muestra y observar cómo la curva de electrones, o difractan, cuando llegan a la muestra.

Dentro de una franja de la roca de Rusia, los investigadores encontraron el patrón de difracción de la firma de un cuasi cristal, que consta de aluminio, cobre y hierro, integrados junto a la khatyrkite y otros minerales.

"Estaba muy emocionado cuando vi el patrón de difracción", dijo Yao, quien había llegado a trabajar el día de Año Nuevo para realizar los estudios, cuando el laboratorio estaba en silencio. El equipo - que incluye Yao, director del Centro de Imagen y Análisis en el Instituto de Princeton para la Ciencia y Tecnología de Materiales, y Peter Lu de la Universidad de Harvard - publicado las pruebas de la primera cuasi cristal natural, que hoy se conoce como icosahedrite, en un artículo de 2009 en Science * 1.

Para descubrir los orígenes de los recursos naturales de la muestra cuasicristal, Steinhardt, Bindi y Yao se unió a John Eiler y Yunbin Guan del Instituto de Tecnología de California, Lincoln Hollister de Princeton, y Glenn MacPherson de la Institución Smithsonian. Los investigadores examinaron numerosas posibilidades para el origen de la materia, incluyendo la posibilidad de que la muestra era en realidad un subproducto de la producción industrial, que había terminado de alguna manera en la colección del museo.

A través de una serie de investigaciones, el equipo descubrió evidencia de que claramente apunta a un principio de otro mundo. Una de esas claves fue la presencia de un mineral llamado stishovita, un tipo de sílice que se forma sólo bajo presiones y temperaturas extremadamente altas lejos de las condiciones utilizadas en cualquier actividad humana. Stishovita se ha encontrado en los meteoritos. Un hallazgo clave fue que la cuasi cristal se incrustó en el grano stishovita, lo que indica que la cuasi cristal y stishovita formaron juntos a través de algunos naturales de alta presión del proceso.

"En realidad nos encontramos contacto físico entre el cuasi cristal y minerales meteoríticos, y que nos convenció de que habíamos encontrado algo importante", dijo Hollister, profesor emérito de ciencias de la tierra.

A continuación, los investigadores probaron la relación de las diferentes versiones, o isótopos, de oxígeno, que varían dependiendo de si se formaron los minerales en la Tierra o en el espacio. Los investigadores encontraron que la proporción de isótopos de oxígeno en piroxeno y olivino, dos minerales embutidos entre las astillas de cuasicristal, fueron similares a los encontrados para algunos de los meteoritos más antiguos conocidos extraterrestre, conocida como la CV3 condritas carbonáceas. Otros minerales que se detectó en la muestra también fueron consistentes con origen meteorítico.

Los resultados fue una sorpresa, dijo Hollister, que inicialmente pensó que la cuasicristal que llegar a ser un subproducto industrial, dada su configuración inusual de cobre, hierro y aluminio. "En la naturaleza es muy raro tener aluminio metálico", dijo Hollister, refiriéndose al hecho de que en la naturaleza de aluminio agarra átomos de oxígeno y se encuentra siempre en forma de óxido de aluminio. "Estamos tratando de averiguar dónde en la Tierra desde el núcleo hasta la superficie podríamos tener condiciones que conducen a la formación de los cuasicristales".

Otros investigadores han quedado impresionados con los resultados. "Me sorprendió mucho cuando leí que la fase icosaédrica informó anteriormente era de origen extraterrestre", dijo Robert Downs, profesor de geociencias en la Universidad de Arizona, que no se asoció con la investigación. "Pero un momento después, era obvio. ¿Cómo podría tal una exótica variedad de elementos que se formó y en conserva?"

Downs describió la obra como "un gran descubrimiento que cruza todo tipo de fronteras la ciencia - las ciencias de materiales, física, química, ciencias de la tierra, la astrofísica -. Todos a la vez" Y añadió: "Y por diversión, se ofrece una visión general de nuestro sistema solar antes de que se formó".

En el último año, Steinhardt y Bindi han puesto en marcha una ambiciosa búsqueda para rastrear el origen de la muestra rusa, con el objetivo de confirmar el origen y la obtención de más cuasicristales. Los investigadores rastrearon la viuda del coleccionista de Amsterdam que vendió por primera vez el mineral del museo italiano. Ella les mostró un diario de largo tiempo oculto que describe la adquisición de la roca de un laboratorio del gobierno durante la era soviética. Reuniendo esta información con un nombre mencionado en una publicación científica de Rusia, Steinhardt y Bindi finalmente encuentra el mineralogista ruso que en 1979 excavó la roca de una gruesa capa de color azul-verdoso de barro en el lecho de un río en las montañas de Koryak de Chukotka en el extremo oriental de Rusia .

La aventura culminó en una expedición el pasado verano para que los cauces, y las muestras recogidas durante el viaje se encuentran en el proceso de análisis.

La muestra de roca por debajo de la colección de minerales del Museo di Storia Naturale en Florencia fue descubierto en las montañas de Koryak en Rusia y se encontró que son los granos de icosahedrite, el mineral cuasicristalinos primero en ser descubierto en la naturaleza. El análisis de la abundancia de isótopos de oxígeno en la roca indican que es un fragmento de un meteorito formado en la formación del sistema solar más de 4,5 millones de años.


El Daily Galaxy a través de la Universidad de Princeton
Crédito de la Imagen: Luca Bindi