Simulando el espacio para explorar el gran misterio de la química interestelar
Por: Samuel Marlton y Christopher Hall, Universidad de Melbourne.
24 de octubre de 2023.
Laboratorio de espectroscopia láser, Universidad de Melbourne. Crédito de la imagen: Universidad de Melbourne.
El Universo tiene más de 13 mil millones de años y el espacio a menudo se describe como un vasto vacío. Aparte de planetas y estrellas, no hay nada allí, ¿verdad? En realidad, el espacio está plagado de moléculas complejas basadas en carbono. Sin embargo, la variedad de moléculas y la química implicada en su formación sigue siendo en gran medida un misterio. Ha habido indicios tentadores de astroquímica compleja. Por ejemplo, se han detectado moléculas prebióticas como aminoácidos y nucleobases en meteoritos; el más famoso cayó en 1969 cerca de Murchison, a unos 140 kilómetros al norte de Melbourne.
Pero para comprender la composición molecular del espacio, los astrónomos y astroquímicos deben ir más allá del análisis de los meteoritos que chocan contra la Tierra. Para ello, los astrónomos miden la radiación estelar utilizando telescopios, mientras que otros científicos simulan las condiciones interestelares en el laboratorio. De las aproximadamente 240 moléculas descubiertas ahora en el espacio, la mayoría ha sido identificada mediante radiotelescopios.
El Telescopio Espacial James Web (JWST), el telescopio espacial más grande jamás lanzado, está diseñado para obtener imágenes de objetos muy distantes y la emisión de especies químicas en el infrarrojo medio, que puede usarse para identificar elementos y moléculas. La alta sensibilidad y resolución del JWST ya ha hecho posible varias observaciones recientes de moléculas astronómicas que ayudan a desentrañar la naturaleza y el origen de la complejidad química en el Universo. Estos incluyen evidencia reciente de moléculas orgánicas complejas en la galaxia SPT0418-47, ubicada a 12,3 mil millones de años luz de distancia, las moléculas orgánicas más distantes y antiguas que jamás se hayan detectado.
Las moléculas son hidrocarburos poliaromáticos (HAP) que constan de dos o más anillos de carbono aromáticos fusionados, que están presentes en la Tierra, se encuentran en sistemas vivos, combustibles fósiles y están implicados en la química involucrada en el origen de la vida. Otro descubrimiento clave es la observación del catión metilo, en el disco que rodea una estrella recién formada; esa región está expuesta a la intensa luz ultravioleta de la joven estrella caliente, proporcionando la energía necesaria para formar el catión. Estos y otros ingredientes de la química compleja son expulsados por novas, supernovas y otros eventos cósmicos masivos hacia la vasta región entre las estrellas: el medio interestelar.
Aunque no podemos simplemente viajar a años luz de distancia para recolectar y estudiar moléculas interestelares, los astrónomos pueden detectar moléculas en el medio interestelar recolectando la luz emitida por las estrellas. Dado que la luz recorre una distancia tan enorme antes de llegar a los detectores en la Tierra, tiene una probabilidad apreciable de ser absorbida por las moléculas de las nubes interestelares. Curiosamente, se han encontrado más de 500 líneas de absorción en la región visible y del infrarrojo cercano del espectro, que se conocen como bandas interestelares difusas (DIB).
Si bien ahora está claro que los DIB surgen de moléculas en el medio interestelar, la estructura y composición de las moléculas responsables de casi todos los DIB siguen siendo un misterio. De hecho, sólo se ha identificado una molécula como fuente de cualquier característica en los espectros de DIB, el grupo de carbono buckminsterfullereno (C60), debido a que es el único identificado los astroquímicos esperan que otros DIB puedan deberse a grandes grupos de carbono que constan de entre 10 y 100 átomos. Los grupos de carbono tienen una amplia gama de tamaños y formas moleculares; sin embargo, la amplia gama de estructuras posibles complica su detección.
Debido a la complejidad en la detección, los científicos simulan el comportamiento del medio interestelar para generar, separar y aislar estructuras de grupos de carbono individuales en condiciones de fase gaseosa, así los equipos de investigación de la Universidad de Melbourne, comparan los datos astrofísicos medidos por los astrónomos con datos de laboratorio para estructuras de cúmulos de carbono específicos. En un trabajo reciente publicado en el Journal of Physical Chemistry A, el equipo de investigación examinó los espectros de absorción de ciertos anillos de carbono, con agregados de carbono que contienen entre 14 y 36 átomos dispuestos como anillos planos.
Aunque el JWST está tomando mediciones astronómicas con energías más bajas que las reportadas en el laboratorio, ambas son parte de un ambicioso proyecto para detectar moléculas interestelares mediante investigaciones astronómicas y de laboratorio combinadas, una conjugación de técnicas que apenas están comenzando a revelar lo que hay en el Universo, y es mucho más que espacio vacío.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-10-simulating-space-explore-great-mystery.html