FÍSICA ATÓMICA/ Enanas blancas en el laboratorio

Los semiconductores dopados representan un excelente material de laboratorio para el estudio de la física atómica en escenarios astrofísicos.

Investigación y Ciencia

A menudo, los astrónomos afirman que las estrellas pueden ser consideradas excelentes bancos de pruebas de las teorías de la física porque allí es posible reproducir las condiciones ideales necesarias para estudiarlas, algo irrealizable en la Tierra por la presencia de perturbaciones externas que pueden afectar las mediciones. Sin embargo, ¿puede ocurrir lo contrario? ¿Es posible imitar las situaciones astrofísicas en un ambiente terrestre?

Tal como aparece en un artículo publicado en la revistaNature Communications, un grupo de investigadores ha conseguido reproducir por primera vez en el laboratorio el comportamiento de un átomo de hidrógeno en condiciones típicas de una enana blanca. Estos objetos representan el último estadio evolutivo de las estrellas con una masa aproximadamente inferior a 10 veces la del Sol. Una vez agotado el combustible en su interior, estas se apagan y se enfrían de forma progresiva, de modo que el gas que las compone cristaliza y su densidad aumenta. Por esa razón, las enanas blancas comparten con las estrellas de neutrones y los agujeros negros la denominación de objetos compactos.

Según algunos modelos, el campo magnético en la superficie de las enanas blancas puede presentar valores máximos de 100.000 Tesla, a saber, miles de veces mayores que los campos que se pueden reproducir en un laboratorio. Esta intensidad tan elevada perjudica la observación de los espectros de los diferentes elementos químicos que componen estas estrellas, incluso del más simple, el hidrógeno, formado por un electrón y un protón. Esto conlleva un sesgo en las mediciones astronómicas que puede afectar la interpretación de los datos.

Ahora, el investigador Ben Murdin, de la Universidad de Surrey, y sus colaboradores han recreado de forma artificial esas condiciones extremas, utilizando un semiconductor formado por átomos de silicio dopado con fósforo. En este tipo de dopaje (de tipo N), el fósforo corresponde al átomo donante, ya que posee un electrón débilmente ligado a los átomos que conforman la estructura molecular del semiconductor. Por tanto, desde un punto de vista experimental, el sistema presenta un espectro de emisión muy parecido al del hidrógeno. Además, las características físicas del material determinan un efecto de escalado en el campo magnético aplicado externamente, por lo que, gracias a una intensidad de unos 30 Tesla, los investigadores han logrado reproducir el comportamiento espectral del primer elemento de la tabla periódica como si estuviera en la superficie de una enana blanca altamente magnetizada.

Estos resultados abren camino a la posibilidad de usar los semiconductores dopados para experimentos de laboratorio análogos dirigidos al estudio del segundo elemento más abundante en las superficies de enanas blancas, el helio. Y tal vez, a una nueva manera de escudriñar las estrellas.

Más información en Nature Communications.