Un grupo internacional de investigadores dirigido por Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Alemania) informa de la primera identificación de isopropanol en el espacio interestelar, una sustancia que se utiliza como desinfectante en la Tierra. El isopropanol es el alcohol más grande detectado hasta ahora, lo que demuestra la creciente complejidad de los miembros de una de las clases de moléculas más abundantes que se pueden encontrar en el espacio. La identificación fue posible gracias a las observaciones de la región de formación estelar Sagittarius B2 (Sgr B2) cerca del centro de nuestra galaxia, donde ya se han detectado muchas moléculas. Es el objetivo de una extensa investigación de su composición química con el telescopio ALMA en Chile.
La búsqueda de moléculas en el espacio lleva más de 50 años. Hasta la fecha, los astrónomos han identificado 276 moléculas en el medio interestelar. La base de datos de Colonia para espectroscopia molecular (CDMS) proporciona datos espectroscópicos para detectar estas moléculas, aportados por muchos grupos de investigación, y ha sido fundamental en su detección en muchos casos.
El objetivo del presente trabajo es comprender cómo se forman las moléculas orgánicas en el medio interestelar, en particular en las regiones donde nacen nuevas estrellas, y cuán complejas pueden ser estas moléculas. La motivación subyacente es establecer conexiones con la composición química de los cuerpos del sistema solar, como los cometas, como lo hizo, por ejemplo, la misión Rosetta al cometa Churyumov-Gerasimenko hace unos años.
Una región sobresaliente de formación estelar en nuestra galaxia donde se detectaron muchas moléculas en el pasado es Sagitario B2 (Sgr B2), que se encuentra cerca de la famosa fuente Sgr A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.
«Nuestro grupo comenzó a investigar la composición química de Sgr B2 hace más de 15 años con el telescopio IRAM de 30 m», dice Arnaud Belloche del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn/Alemania, autor principal del estudio. papel de detección «Estas observaciones fueron exitosas y condujeron en particular a la primera detección interestelar de varias moléculas orgánicas, entre muchos otros resultados».
Con la llegada del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hace diez años, fue posible ir más allá de lo que se podía lograr hacia Sgr B2 con un telescopio de plato único y un estudio a largo plazo de la composición química de Sgr B2 que aprovechó la alta resolución angular y sensibilidad que brinda ALMA.
Hasta ahora, las observaciones de ALMA han llevado a la identificación de tres nuevas moléculas orgánicas (cianuro de isopropilo, N-metilformamida, urea) desde 2014. El último resultado de este proyecto ALMA es ahora la detección de propanol (C3H7OH).
El propanol es un alcohol y ahora es el más grande de esta clase de moléculas que se ha detectado en el espacio interestelar. Esta molécula existe en dos formas («isómeros»), según el átomo de carbono al que esté unido el grupo funcional hidroxilo (OH): 1) propanol normal, con el OH unido a un átomo de carbono terminal de la cadena, y 2) iso -propanol, con OH unido al átomo de carbono central de la cadena. El isopropanol también es bien conocido como el ingrediente clave en los desinfectantes para manos en la Tierra. Ambos isómeros de propanol en Sgr B2 fueron identificados en el conjunto de datos de ALMA. Es la primera vez que se detecta isopropanol en el medio interestelar y la primera vez que se detecta propanol normal en una región de formación estelar. La primera detección interestelar de propanol normal se obtuvo poco antes de la detección de ALMA por un equipo de investigación español con radiotelescopios de plato único en una nube molecular no muy lejos de Sgr B2. Sin embargo, la detección de isopropanol hacia Sgr B2 solo fue posible con ALMA.
«La detección de ambos isómeros de propanol es excepcionalmente poderosa para determinar el mecanismo de formación de cada uno. Debido a que se parecen tanto, se comportan físicamente de manera muy similar, lo que significa que las dos moléculas deben estar presentes en los mismos lugares al mismo tiempo». tiempos», dice Rob Garrod de la Universidad de Virginia (Charlottesville/EE.UU.). «La única pregunta abierta son las cantidades exactas que están presentes; esto hace que su relación interestelar sea mucho más precisa de lo que sería el caso de otros pares de moléculas. También significa que la red química se puede ajustar mucho más cuidadosamente para determinar los mecanismos por que forman».
La red de telescopios ALMA fue fundamental para la detección de ambos isómeros de propanol hacia Sgr B2, gracias a su alta sensibilidad, su alta resolución angular y su amplia cobertura de frecuencia. Una dificultad en la identificación de moléculas orgánicas en los espectros de las regiones de formación estelar es la confusión espectral. Cada molécula emite radiación a frecuencias específicas, su «huella digital» espectral, que se conoce a partir de mediciones de laboratorio.
«Cuanto más grande es la molécula, más líneas espectrales a diferentes frecuencias produce. En una fuente como Sgr B2, hay tantas moléculas que contribuyen a la radiación observada que sus espectros se superponen y es difícil desentrañar sus huellas dactilares e identificarlas individualmente. » dice Holger Müller de la Universidad de Colonia, donde se realizó trabajo de laboratorio, especialmente en propanol normal.
Gracias a la alta resolución angular de ALMA, fue posible aislar partes de Sgr B2 que emiten líneas espectrales muy estrechas, cinco veces más estrechas que las líneas detectadas a escalas mayores con el radiotelescopio IRAM de 30 m. La estrechez de estas líneas reduce la confusión espectral, y esto fue clave para la identificación de ambos isómeros de propanol en Sgr B2. La sensibilidad de ALMA también jugó un papel clave: no habría sido posible identificar el propanol en los datos recopilados si la sensibilidad hubiera sido dos veces peor.
Esta investigación es un esfuerzo de larga data para investigar la composición química de los sitios en Sgr B2 donde se están formando nuevas estrellas y, por lo tanto, comprender los procesos químicos que intervienen en el curso de la formación estelar. El objetivo es determinar la composición química de los sitios de formación estelar y posiblemente identificar nuevas moléculas interestelares. «El propanol ha estado durante mucho tiempo en nuestra lista de moléculas para buscar, pero solo gracias al trabajo reciente realizado en nuestro laboratorio para caracterizar su espectro de rotación pudimos identificar sus dos isómeros de manera sólida», dice Oliver Zingsheim, también de la Universidad de Colonia.
La detección de moléculas estrechamente relacionadas que difieren ligeramente en su estructura (como el propanol normal y el isopropanol o, como se hacía en el pasado, el cianuro de isopropilo y el normal) y la medición de su relación de abundancia permite a los investigadores investigar partes específicas del red de reacciones químicas que da lugar a su producción en el medio interestelar.
«Todavía hay muchas líneas espectrales no identificadas en el espectro de ALMA de Sgr B2, lo que significa que aún queda mucho trabajo por hacer para descifrar su composición química. En un futuro cercano, la expansión de la instrumentación de ALMA a frecuencias más bajas probablemente nos ayudará para reducir aún más la confusión espectral y posiblemente permitir la identificación de moléculas orgánicas adicionales en esta espectacular fuente», concluye Karl Menten, director del MPIfR y jefe del departamento de investigación de astronomía milimétrica y submilimétrica.
El estudio de línea espectral de imágenes ReMoCA realizado con ALMA a alta resolución angular y los resultados de un estudio espectroscópico reciente de propanol se utilizaron para buscar los isómeros iso y normal de la molécula de propanol en el núcleo molecular caliente Sgr B2(N2) en la vecindad del centro galáctico. Los espectros interferométricos se analizaron bajo el supuesto de equilibrio termodinámico local. La red de reacción del modelo astroquímico MAGICKAL se amplió para explorar las rutas de formación del propanol y situar los resultados de observación en un contexto astroquímico más amplio.
Los estudios asociados se publicaron en Astronomy & Astrophysics.
