Un equipo internacional de investigadores ha descubierto lo que podría ser un paso crítico en la evolución química de las moléculas en las “guarderías estelares” cósmicas. En estas vastas nubes de gas frío y polvo en el espacio, billones de moléculas se arremolinan juntas durante millones de años. El colapso de estas nubes interestelares finalmente da lugar a estrellas y planetas jóvenes.
Al igual que los cuerpos humanos, las guarderías estelares contienen muchas moléculas orgánicas, que se componen principalmente de átomos de carbono e hidrógeno. Los resultados del grupo, publicados el 6 de febrero en la revista Nature Astronomy, revelan cómo se pueden formar ciertas moléculas orgánicas grandes dentro de estas nubes. Es un pequeño paso en el viaje químico de eones de duración que atraviesan los átomos de carbono: se forman en los corazones de las estrellas moribundas y luego se convierten en parte de los planetas, los organismos vivos en la Tierra y quizás más allá.
“En estas nubes moleculares frías, estás creando los primeros bloques de construcción que, al final, formarán estrellas y planetas”, dijo Jordy Bouwman, investigador asociado en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) y profesor asistente en el Departamento de Química de la Universidad de Colorado Boulder.
Para el nuevo estudio, Bouwman y sus colegas se sumergieron profundamente en una guardería estelar en particular: la Nube Molecular de Tauro (TMC-1). Esta región se encuentra en la constelación de Tauro y está aproximadamente a 440 años luz (más de 2 cuatrillones de millas) de la Tierra. Este entorno químicamente complejo es un ejemplo de lo que los astrónomos llaman un “núcleo sin estrellas en acumulación”. Su nube ha comenzado a colapsar, pero los científicos aún no han detectado estrellas embrionarias emergiendo en su interior.
Los hallazgos del equipo dependen de una molécula engañosamente simple llamada ortobencino. Basándose en experimentos en la Tierra y simulaciones por computadora, los investigadores demostraron que esta molécula puede combinarse fácilmente con otras en el espacio para formar una amplia gama de moléculas orgánicas más grandes.
Los pequeños bloques de construcción, en otras palabras, se convierten en grandes bloques de construcción.
Y, dijo Bouwman, esas reacciones podrían ser una señal de que las guarderías estelares son mucho más interesantes de lo que los científicos creen.
“Solo estamos al comienzo de comprender verdaderamente cómo pasamos de estos pequeños bloques de construcción a moléculas más grandes”, dijo. “Creo que encontraremos que esta química es mucho más compleja de lo que pensábamos, incluso en las primeras etapas de la formación estelar”.
observación fatídica
Bouwman es cosmoquímico y estudia un campo que combina la química y la astronomía para comprender las agitadas reacciones químicas que ocurren en las profundidades del espacio.
En la superficie, dijo, las nubes moleculares frías podrían no parecer un semillero de actividad química. Como sugiere su nombre, estas sopas primordiales galácticas tienden a ser heladas, a menudo rondando los -263 grados Celsius (alrededor de -440 grados Fahrenheit), solo 10 grados por encima del cero absoluto. La mayoría de las reacciones necesitan al menos un poco de calor para comenzar.
Pero frío o no, la química compleja parece estar ocurriendo en los viveros estelares. TMC-1, en particular, contiene concentraciones sorprendentes de moléculas orgánicas relativamente grandes con nombres como fulvenallene y 1- y 2-ethinylcyclopentadiene. Los químicos los llaman “compuestos de anillo de cinco miembros” porque cada uno contiene un anillo de átomos de carbono con forma de pentágono.
“Los investigadores siguieron detectando estas moléculas en TMC-1, pero su origen no estaba claro”, dijo Bouwman.
Ahora, él y sus colegas creen tener una respuesta.
En 2021, los investigadores que utilizan el radiotelescopio Yebes de 40 metros en España encontraron una molécula inesperada escondida en las nubes de gas de TMC-1: ortobencino. Bouwman explicó que esta pequeña molécula, formada por un anillo de seis átomos de carbono con cuatro hidrógenos, es una de las extrovertidas del mundo de la química. Interactúa fácilmente con otras moléculas y no requiere mucho calor para hacerlo.
“No hay barrera para la reacción”, dijo Bouwman. “Eso significa que tiene el potencial de impulsar una química compleja en ambientes fríos”.
Identificando al culpable
Para averiguar qué tipo de química compleja estaba ocurriendo en TMC-1, Bouwman y sus colegas, que provienen de los Estados Unidos, Alemania, los Países Bajos y Suiza, recurrieron a una técnica llamada “espectroscopia de coincidencia de fotoiones de fotoelectrones”. El equipo usó la luz generada por una instalación gigante llamada fuente de luz de sincrotrón para identificar los productos de las reacciones químicas. Vieron que los radicales ortobencino y metilo, otro constituyente común de las nubes moleculares, se combinan fácilmente para formar compuestos orgánicos más grandes y complejos.
“Sabíamos que estábamos en algo bueno”, dijo Bouwman.
Luego, el equipo recurrió a modelos informáticos para explorar el papel del ortobencino en una guardería estelar que se extiende a varios años luz de profundidad en el espacio. Los resultados fueron prometedores: los modelos generaron nubes de gas que contenían aproximadamente la misma mezcla de moléculas orgánicas que los astrónomos habían observado en TMC-1 usando telescopios.
El ortobencino, en otras palabras, parece ser un candidato principal para impulsar la química orgánica en fase gaseosa que ocurre dentro de estos viveros estelares, dijo Bouwman.
Agregó que los científicos aún tienen mucho trabajo por hacer para comprender completamente todas las reacciones que ocurren en TMC-1. Quiere examinar, por ejemplo, cómo las moléculas orgánicas en el espacio también captan átomos de nitrógeno, componentes clave del ADN y los aminoácidos de los organismos vivos en la Tierra.
“Nuestros hallazgos pueden cambiar la visión sobre qué ingredientes tenemos en primer lugar para formar nuevas estrellas y nuevos planetas”, dijo Bouwman.
Los coautores del nuevo artículo incluyen investigadores de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, el Benedictine College en los EE. UU., la Universidad de Würzburg en Alemania y el Instituto Paul Scherrer en Suiza.
Con información de Nature Astronomy
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