Astronomía: descubren en el espacio un “almacén” de moléculas complejas inéditas

Una reserva desconocida fue hallada en una nube molecular fría y oscura, al detectar moléculas individuales que existen en la composición química de los seres humanos y otros animales. Con este hallazgo se empieza a dar respuesta a un misterio científico de tres décadas sobre cómo y dónde se forman estas moléculas en el espacio, según publican en la revista Science.

Brett McGuire, profesor adjunto de Química en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, e investigador principal del proyecto GOTHAM, explicó: “Siempre habíamos pensado que los hidrocarburos aromáticos policíclicos se formaban principalmente en las atmósferas de las estrellas moribundas. En este estudio, las encontramos en nubes frías y oscuras donde las estrellas aún no han empezado a formarse”.

Las moléculas aromáticas y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), son bien conocidos por los científicos. Las moléculas aromáticas existen en la composición química de los seres humanos y otros animales, y se encuentran en alimentos y medicinas. Además, los HAP son contaminantes que se forman a partir de la quema de muchos combustibles fósiles e incluso se encuentran entre los carcinógenos que se forman cuando las verduras y la carne se carbonizan a altas temperaturas.

“Se cree que los hidrocarburos aromáticos policíclicos contienen hasta un 25 por ciento del carbono en el universo”, recordó McGuire, quien también es investigador asociado en el Centro de Astrofísica. Los científicos sospecharon la presencia de HAP en el espacio desde la década de 1980, pero la nueva investigación, detallada en nueve artículos publicados durante los últimos siete meses, proporciona la primera prueba definitiva de su existencia en nubes moleculares.

Para buscar las escurridizas moléculas, el equipo centró el gigantesco GBT de radioastronomía de 100 metros en la Nube Molecular de Tauro, o TMC-1, una gran nube preestelar de polvo y gas situada a unos 450 años luz de la Tierra que algún día colapsará sobre sí misma para formar estrellas, y lo que encontraron fue sorprendente: no sólo los modelos científicos aceptados eran incorrectos, sino que en TMC-1 ocurrían muchas más cosas de las que el equipo podría haber imaginado.

“A partir de décadas de modelos anteriores, creíamos que teníamos una comprensión bastante buena de la química de las nubes moleculares. Lo que muestran estas nuevas observaciones astronómicas es que estas moléculas no solo están presentes en las nubes moleculares, sino en cantidades que son órdenes de magnitud más altas de lo que predicen los modelos estándar”, afirmó Michael McCarthy, astroquímico y subdirector interino de CfA, cuyo grupo de investigación realizó las mediciones de laboratorio precisas que permitieron muchas de estas detecciones astronómicas.

McGuire agregó que estudios previos revelaron solo que había moléculas de HAP, pero no cuáles específicas. “Durante los últimos 30 años más o menos, los científicos estuvimos observando la firma masiva de estas moléculas en nuestra galaxia y otras galaxias en el infrarrojo, pero no pudimos ver qué moléculas individuales formaban esa masa. Con la adición de la radioastronomía, en lugar de ver esta gran masa que no podemos distinguir, estamos viendo moléculas individuales”.

Para su sorpresa, el equipo no descubrió sólo una nueva molécula escondida en el TMC-1. Detallado en múltiples documentos, el equipo observó el 1-ciano-naftaleno, el 1-ciano-ciclopentadieno, el HC11N, el 2-ciano-naftaleno, el vinilcianoacetileno, el 2-ciano-ciclopentadieno, el benzonitrilo, el trans-(E)-cianovinilacetileno, el HC4NC y el propargilcianuro, entre otros.

Es como entrar en una tienda de ropa y echar un vistazo al inventario de la parte delantera sin saber que hay una sala trasera. Llevamos 50 años coleccionando pequeñas moléculas y ahora hemos descubierto que hay una puerta trasera. Cuando abrimos esa puerta y miramos dentro, nos encontramos con este gigantesco almacén de moléculas y química que no esperábamos. Ahí estaba, todo el tiempo, acechando más allá de donde habíamos mirado antes”, señaló McGuire.

McGuire y otros científicos del proyecto GOTHAM estuvieron “buscando” moléculas en TMC-1 durante más de dos años, luego de la detección inicial de benzonitrilo de McGuire en 2018. Los resultados de las últimas observaciones del proyecto pueden tener ramificaciones en astrofísica en los próximos años. “Nos hemos topado con un nuevo conjunto de moléculas que no se parece a nada de lo que habíamos detectado hasta ahora, y que va a cambiar por completo nuestra comprensión de cómo interactúan estas moléculas entre sí. Tiene ramificaciones posteriores”, comentó McGuire, añadiendo que, con el tiempo, estas moléculas crecen lo suficiente como para empezar a agregarse en las semillas del polvo interestelar.

A su vez, expresó que, “cuando estas moléculas crecen lo suficiente como para convertirse en las semillas del polvo interestelar, tienen la posibilidad de afectar a la composición de asteroides, cometas y planetas, a las superficies en las que se forman los hielos y, a su vez, quizás incluso a los lugares donde se forman los planetas dentro de los sistemas estelares”.

El descubrimiento de nuevas moléculas en TMC-1 también tiene implicaciones para la astroquímica, y aunque el equipo aún no tiene todas las respuestas, las ramificaciones aquí también durarán décadas. “Pasamos de la química del carbono unidimensional, que es muy fácil de detectar, a la química orgánica real en el espacio en el sentido de que las moléculas recién descubiertas son las que un químico conoce y reconoce, y puede producir en la Tierra. Y esto es solo la punta del iceberg. Ya sea que estas moléculas orgánicas se sintetizaron allí o se transportaron allí, existen, y ese conocimiento por sí solo es un avance fundamental en el campo”, dijo McCarthy.

Antes del lanzamiento de GOTHAM en 2018, los científicos habían catalogado aproximadamente 200 moléculas individuales en el medio interestelar de la Vía Láctea. Estos nuevos descubrimientos llevaron al equipo a preguntarse, y con razón, qué hay ahí fuera. “Lo asombroso de estas observaciones, de este descubrimiento y de estas moléculas, es que nadie había mirado o mirado lo suficiente. Te hace preguntarte qué más hay ahí fuera que no hemos buscado”, determinó McCarthy.

Esta nueva química aromática que los científicos están encontrando no está aislada en TMC-1. Un estudio complementario de GOTHAM, conocido como ARKHAM (Estudio Riguroso en la Banda K/Ka para la Búsqueda de Moléculas Aromáticas), encontró recientemente benzonitrilo en otros muchos objetos.

“Increíblemente, encontramos benzonitrilo en todos y cada uno de los primeros cuatro objetos observados por ARKHAM. Esto es importante porque, aunque GOTHAM está llevando al límite la química que creíamos posible en el espacio, estos descubrimientos implican que lo que aprendemos en TMC-1 sobre las moléculas aromáticas podría aplicarse ampliamente a las nubes oscuras de cualquier lugar. Estas nubes oscuras son los lugares de nacimiento iniciales de estrellas y planetas”, destacó Andrew Burkhardt, becario postdoctoral del Submillimeter Array en el CfA y coinvestigador principal de GOTHAM.

“Así que también habrá que pensar en estas moléculas aromáticas, antes invisibles, en cada paso posterior en el camino hacia la creación de estrellas, planetas y sistemas solares como el nuestro”, concluyó.

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