Un equipo internacional de científicos, incluidos astrónomos de la Universidad de Michigan, han utilizado datos recopilados por el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA para detectar por primera vez una molécula crítica para la formación sistemas planetarios que puede sustentar la vida.
Un equipo internacional de científicos ha utilizado datos recopilados por el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA para detectar por primera vez una molécula conocida como catión metilo (CH3+), ubicada en el disco protoplanetario que rodea a una estrella joven. Este gráfico muestra el área en el centro de la Nebulosa de Orión, que se encuentra a unos 1.350 años luz de la Tierra, que estudió el equipo. Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), el equipo PDRs4All ERS
La molécula, conocida como catión metilo (CH3+), se detectó en el disco protoplanetario, un disco de polvo que gira alrededor de una estrella central a partir del cual se pueden construir planetas, que rodea a una estrella joven.
Esta molécula simple tiene una propiedad única: reacciona de manera relativamente ineficiente con el elemento más abundante en nuestro universo (el hidrógeno), pero reacciona fácilmente con otras moléculas y, por lo tanto, inicia el crecimiento de moléculas más complejas basadas en el carbono.
La química del carbono es particularmente interesante para los astrónomos porque toda la vida conocida se basa en el carbono. El papel vital del CH3+ en la química del carbono interestelar se predijo en la década de 1970, pero las capacidades únicas de JWST finalmente hicieron posible observarlo, en una región del espacio donde eventualmente podrían formarse planetas capaces de albergar vida.
Los astrónomos pudieron detectar CH3+ con un análisis experto interdisciplinario, que incluyó aportes clave de espectroscopistas de laboratorio.
El Telescopio Espacial James Webb. Crédito de la imagen: NASA-GSFC/Adriana M. Gutiérrez
Los compuestos de carbono forman los cimientos de toda la vida conocida y, como tales, son de particular interés para los científicos que trabajan para comprender cómo se desarrolló la vida en la Tierra y cómo podría desarrollarse potencialmente en otras partes de nuestro universo.
Como tal, la química orgánica interestelar es un área de gran fascinación para los astrónomos que estudian los lugares donde se forman nuevas estrellas y planetas.
Los iones moleculares que contienen carbono son especialmente importantes porque reaccionan con otras moléculas pequeñas para formar compuestos orgánicos más complejos incluso a bajas temperaturas interestelares. El catión metilo (CH3+) es uno de esos iones a base de carbono. Los científicos han postulado que CH3+ es de particular importancia desde los años 70 y 80.
Esto se debe a una propiedad fascinante de CH3+, que es que reacciona con una amplia gama de otras moléculas. Este pequeño catión es lo suficientemente importante como para que se haya teorizado como la piedra angular de la química orgánica interestelar, pero hasta ahora nunca se había detectado.
Disco protoplanetario – interpretación artística. Crédito de la imagen: NASA
Las propiedades únicas de JWST lo convirtieron en el instrumento ideal para buscar este catión crucial, y ya un grupo de científicos internacionales lo han observado con JWST por primera vez.
Específicamente, el equipo internacional detectó una característica de una molécula desconocida cercana a las 7 micras de longitud de onda. astrónomos de la UM Felipe Alarcón y ted bergin intentó explorar qué molécula potencial estaba emitiendo a partir de una variedad diversa de constituyentes previamente conocidos.
Sin embargo, no pudieron aislarlo de ningún espectro de emisión molecular conocido, lo que reveló que lo que se detectó realmente fue una nueva molécula: CH3+, uno de los impulsores clave de la química de los hidrocarburos.
“CH3+ es el precursor de casi todas las moléculas que contienen carbono que detectamos en el espacio. Las moléculas que se formaron a partir de CH3+ se encuentran en estrellas y planetas que nacen en galaxias distantes, rastreando las primeras etapas de formación galáctica en el universo. Esta es la primera detección de este ion eje que solo es posible gracias a la increíble sensibilidad de JWST”, dijo Bergin, presidente del Departamento de Astronomía de la UM.
«Esta detección valida teorías de hace décadas sobre cómo se forman las moléculas en el frío, decenas de grados por encima del cero absoluto (-441 grados Fahrenheit) del espacio interestelar».
La señal de CH3+ se detectó en el sistema de disco estrella-protoplanetario conocido como d203-506, que se encuentra a unos 1350 años luz de distancia, en la Nebulosa de Orión. Si bien la estrella en d203-506 es una pequeña estrella enana roja, con una masa de solo una décima parte de la del sol, el sistema es bombardeado por una fuerte radiación ultravioleta de estrellas calientes, jóvenes y masivas cercanas.
Los científicos creen que la mayoría de los discos protoplanetarios que forman planetas pasan por un período de radiación ultravioleta tan intensa, ya que las estrellas tienden a formarse en grupos que a menudo incluyen estrellas masivas productoras de ultravioleta.
“Si bien la presencia de CH3+ prueba predicciones previas, también impulsa nuestra comprensión de la química interestelar al abrir nuevas vías para la investigación en áreas multidisciplinarias que incluyen la formación/composición de análogos a nuestro sistema solar”, dijo Alarcón, becario Fullbright y estudiante de doctorado en MU.
«Los espectros JWST llevan la huella de la emisión de una amplia variedad de moléculas que muestran su verdadero potencial para ampliar el límite de nuestra comprensión actual del universo».
De manera fascinante, la evidencia de los meteoritos sugiere que el disco protoplanetario que pasó a formar nuestro sistema solar también estuvo sujeto a una gran cantidad de radiación ultravioleta, emitida por un compañero estelar de nuestro Sol que murió hace mucho tiempo (las estrellas masivas arden brillantemente y mueren mucho más). más rápido que las estrellas menos masivas).
El factor de confusión en todo esto es que durante mucho tiempo se ha considerado que la radiación ultravioleta es puramente destructiva para la formación de moléculas orgánicas complejas y, sin embargo, hay pruebas claras de que el único planeta que alberga vida que conocemos nació de un disco que fue muy expuesto a ella.
El equipo que realizó esta investigación puede haber encontrado la solución a este enigma. Su trabajo predice que la presencia de CH3+ está de hecho relacionada con la radiación ultravioleta, que proporciona la fuente de energía necesaria para que se forme CH3+.
Además, el período de radiación ultravioleta experimentado por ciertos discos parece tener un profundo impacto en su química.
Por ejemplo, las observaciones del JWST de discos protoplanetarios que no están sujetos a la intensa radiación ultravioleta de una fuente cercana muestran una gran abundancia de agua, en contraste con d203-506, donde el equipo no pudo detectar agua en absoluto.
“Esto muestra claramente que la radiación ultravioleta puede cambiar por completo la química de un disco protoplanetario”, dijo el autor principal Olivier Berné de la Universidad de Toulouse, Francia.
«En realidad, podría desempeñar un papel fundamental en las primeras etapas químicas de los orígenes de la vida al ayudar a producir CH3+, algo que quizás se haya subestimado anteriormente».
Aunque investigaciones publicadas ya en la década de 1970 predijeron la importancia de CH3+, antes era prácticamente imposible de detectar. Muchas moléculas en los discos protoplanetarios se observan usando radiotelescopios.
Sin embargo, para que esto sea posible, las moléculas en cuestión deben poseer lo que se conoce como un «momento dipolar permanente», lo que significa que la geometría de la molécula es tal que su carga eléctrica está permanentemente desequilibrada, lo que le da a la molécula un «momento dipolar positivo y negativo». fin’.
CH3+ es simétrico y, por lo tanto, su carga está equilibrada, por lo que carece del momento dipolar permanente necesario para las observaciones con radiotelescopios. En teoría, sería posible observar líneas espectroscópicas emitidas por CH3+ en el infrarrojo, pero la atmósfera de la Tierra hace que estas sean prácticamente imposibles de observar desde la Tierra.
Por lo tanto, era necesario utilizar un telescopio espacial suficientemente sensible que pudiera observar señales en el infrarrojo. Los instrumentos MIRI y NIRSpec de JWST fueron perfectos para el trabajo. De hecho, una detección de CH3+ había sido previamente tan esquiva que cuando el equipo vio por primera vez la señal en sus datos, no estaban seguros de cómo identificarla.
Sorprendentemente, el equipo pudo interpretar su resultado en cuatro breves semanas, aprovechando la experiencia de un equipo internacional con una amplia gama de conocimientos.
El descubrimiento de CH3+ fue posible gracias a una colaboración entre astrónomos observacionales, modeladores astroquímicos, teóricos y espectroscopistas experimentales, que combinaron las capacidades únicas de JWST en el espacio con las de los laboratorios terrestres para investigar e interpretar con éxito la composición y la composición de nuestro universo local. evolución. “
Fuente: Universidad de Michigan
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