Un estudio revela la compleja química de las 'guarderías estelares'
Astrofísicos han descubierto lo que podría ser un paso fundamental en la evolución química de las moléculas en las 'guarderías estelares', según publican en la revista 'Nature Astronomy'.
En estas vastas nubes de gas frío y polvo en el espacio, trillones de moléculas se arremolinan durante millones de años. El colapso de estas nubes interestelares acaba dando lugar a estrellas jóvenes y planetas.
Al igual que los cuerpos humanos, los viveros estelares contienen gran cantidad de moléculas orgánicas, compuestas principalmente por átomos de carbono e hidrógeno. Los resultados de estudio revelan cómo pueden formarse ciertas moléculas orgánicas de gran tamaño en el interior de estas nubes.
Según destacan, se trata de un pequeño paso en el largo viaje químico de los átomos de carbono, que se forman en el corazón de las estrellas moribundas y pasan a formar parte de los planetas, los organismos vivos de la Tierra y, tal vez, más allá.
"En estas nubes moleculares frías se están creando los primeros componentes básicos que, al final, formarán estrellas y planetas", explica en un comunicado Jordy Bouwman, investigador asociado del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) y profesor adjunto del Departamento de Química de la Universidad de Colorado.
Para el nuevo estudio, Bouwman y sus colegas se sumergieron a fondo en una guardería estelar en particular: la Nube Molecular de Tauro (TMC-1). Esta región se encuentra en la constelación de Tauro, a unos 440 años luz de la Tierra. Este entorno químicamente complejo es un ejemplo de lo que los astrónomos llaman un "núcleo sin estrellas en acreción". Su nube ha comenzado a colapsarse, pero los científicos aún no han detectado estrellas embrionarias emergiendo en su interior.
Los hallazgos del equipo se basan en una molécula aparentemente sencilla llamada ortobencina. A partir de experimentos en la Tierra y simulaciones por ordenador, los investigadores demostraron que esta molécula puede combinarse fácilmente con otras en el espacio para formar una amplia gama de moléculas orgánicas más grandes.
En otras palabras, los pequeños bloques de construcción se convierten en grandes bloques de construcción. Según Bouwman, cosmoquímico que estudia un campo que combina la química y la astronomía para comprender las reacciones químicas que tienen lugar en las profundidades del espacio, estas reacciones podrían indicar que los viveros estelares son mucho más interesantes de lo que los científicos creen.
"Estamos sólo al principio de comprender realmente cómo pasamos de estos pequeños bloques de construcción a moléculas más grandes --anuncia--. Creo que descubriremos que esta química es mucho más compleja de lo que pensábamos, incluso en las etapas más tempranas de la formación estelar".
A primera vista, las nubes moleculares frías no parecen un hervidero de actividad química. Como su nombre indica, estas sopas galácticas primordiales suelen ser frígidas, a menudo rondando los -263 grados Celsius, apenas 10 grados por encima del cero absoluto. La mayoría de las reacciones necesitan al menos un poco de calor para ponerse en marcha.
Pero con frío o sin él, parece que en los viveros estelares tiene lugar una química compleja. TMC-1, en particular, contiene concentraciones sorprendentes de moléculas orgánicas relativamente grandes con nombres como fulvenalleno y 1- y 2-etinilciclopentadieno. Los químicos las llaman "compuestos de anillos de cinco miembros" porque cada uno de ellos contiene un anillo de átomos de carbono con forma de pentágono.
"Los investigadores seguían detectando estas moléculas en TMC-1, pero su origen no estaba claro", explica Bouwman y ahora creen tener una respuesta.
En 2021, investigadores que utilizaban el radiotelescopio de 40 metros de Yebes hallaron una molécula inesperada escondida en las nubes de gas de TMC-1: la ortobencina. Bouwman explica 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 necesita mucho calor para hacerlo.
"No hay barreras para la reacción --afirma Bouwman--. Eso significa que tiene potencial para impulsar la química compleja en entornos fríos".
Para averiguar qué tipo de química compleja estaba teniendo lugar en TMC-1, Bouwman y sus colegas --procedentes de Estados Unidos, Alemania, Países Bajos y Suiza-- recurrieron a una técnica denominada "espectroscopia de coincidencia de fotoelectrones y fotoiones".
El equipo utilizó la luz generada por una instalación gigante llamada fuente de luz sincrotrón para identificar los productos de las reacciones químicas. Observaron que los radicales ortobenceno y metilo, otro componente común de las nubes moleculares, se combinan fácilmente para formar compuestos orgánicos más grandes y complejos.
"Sabíamos que estábamos ante algo bueno", recuerda Bouwman. A continuación, el equipo recurrió a modelos informáticos para explorar el papel de la ortobencina en una guardería estelar repartida a varios años luz de profundidad en el espacio. Los resultados fueron prometedores ya que los modelos generaron nubes de gas que contenían aproximadamente la misma mezcla de moléculas orgánicas que los astrónomos habían observado en TMC-1 mediante telescopios.
En otras palabras, la ortobenzina parece ser una candidata ideal para impulsar la química orgánica en fase gaseosa que tiene lugar en estos viveros estelares, afirma Bouwman.
Añade que a los científicos aún les queda mucho trabajo por hacer para comprender plenamente todas las reacciones que tienen lugar en TMC-1. Quiere examinar, por ejemplo, cómo las moléculas orgánicas del espacio captan también átomos de nitrógeno, componentes clave del ADN y los aminoácidos de los organismos vivos de la Tierra.
"Nuestros descubrimientos pueden cambiar la visión de los ingredientes que tenemos en primer lugar para formar nuevas estrellas y nuevos planetas", destaca Bouwman.
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