ALMA detecta varias moléculas orgánicas en cinco discos protoplanetarios

 

ALMA detecta varias moléculas orgánicas en cinco discos protoplanetarios
En esta concepción artística, los planetas se forman a partir del gas y el polvo del disco protoplanetario que rodea a una estrella joven. Crédito de la imagen: M. Weiss / Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.

El análisis de las huellas dactilares únicas de la luz emitida por el material que rodea a las estrellas jóvenes ha revelado "importantes reservas" de grandes moléculas orgánicas necesarias para formar la base de la vida, afirman los investigadores.

El Dr. John Ilee, investigador de la Universidad de Leeds que dirigió el estudio, afirma que los hallazgos sugieren que las condiciones químicas básicas que dieron lugar a la vida en la Tierra podrían existir más ampliamente en toda la galaxia.

Las grandes moléculas orgánicas se identificaron en discos protoplanetarios que rodean estrellas recién formadas. Un disco similar habría rodeado al joven Sol, formando los planetas que ahora componen nuestro Sistema Solar. La presencia de las moléculas es significativa porque son "peldaños" entre las moléculas más simples basadas en el carbono, como el monóxido de carbono, que se encuentran en abundancia en el espacio, y las moléculas más complejas que se requieren para crear y mantener la vida.

Los detalles del estudio se publican hoy y aparecerán en la revista Astrophysical Journal Supplement Series. Es uno de los 20 artículos que informan sobre una importante investigación internacional sobre la química de la formación de los planetas.

La Dra. Catherine Walsh, de la Facultad de Física y Astronomía, fue una de las cinco co-directoras de la investigación. Denominado programa "Moléculas con ALMA a Escalas de Formación de Planetas" (o MAPS, por sus siglas en inglés), ha utilizado datos recogidos por el radiotelescopio Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (o ALMA) en Chile. 

El Dr. Ilee y su equipo, formado por astrofísicos de 16 universidades de todo el mundo, se centraron en el estudio de la existencia, la ubicación y la abundancia de las moléculas precursoras necesarias para la formación de la vida.  

Dijo: "Estas grandes y complejas moléculas orgánicas se encuentran en diversos entornos del espacio. Los estudios teóricos y de laboratorio han sugerido que estas moléculas son los "ingredientes crudos" para construir moléculas que son componentes esenciales en la química biológica en la Tierra, creando azúcares, aminoácidos e incluso los componentes del ácido ribonucleico (ARN) en las condiciones adecuadas.  

"Sin embargo, muchos de los entornos en los que encontramos estas complejas moléculas orgánicas están bastante alejados de dónde y cuándo creemos que se forman los planetas. Queríamos saber más sobre dónde exactamente y qué cantidad de estas moléculas estaban presentes en los lugares de nacimiento de los planetas: los discos protoplanetarios". 

ALMA: observando la química en las profundidades del espacio 

La investigación ha sido posible gracias a los avances en la capacidad del telescopio ALMA para detectar señales muy débiles de las moléculas en las regiones más frías del espacio exterior.

En ALMA, una red de más de 60 antenas se combina para que el observatorio pueda detectar la señal de estas moléculas. Cada molécula emite luz en longitudes de onda claramente diferentes, produciendo una "huella digital" espectral única. Estas huellas digitales permiten a los científicos identificar la presencia de las moléculas e investigar sus propiedades. 

ALMA detecta varias moléculas orgánicas en cinco discos protoplanetarios
Cuatro de los discos protoplanetarios -GM Aur, AS 209, HD 163296 & MWC 480- observados dentro del proyecto MAPS. La fila superior muestra la emisión del polvo de gran tamaño (milimétrico) de los discos. La fila inferior muestra una imagen compuesta de tres colores de la emisión de las grandes moléculas orgánicas HC3N (rojo), CH3CN (verde) y c-C3H2 (azul) en cada disco. Los círculos discontinuos con un radio de 50 unidades astronómicas indican la escala de la región de formación de cometas en nuestro propio Sistema Solar. Crédito: Dr J.D.Ilee/Universidad de Leeds

El Dr. Walsh explicó: "La potencia de ALMA nos ha permitido medir por primera vez la distribución y composición del material que está construyendo activamente planetas alrededor de estrellas jóvenes cercanas.  El telescopio es lo suficientemente potente como para hacer esto incluso para grandes moléculas complejas que son precursoras de la vida".

El equipo de investigación buscaba tres moléculas -cianoacetileno (HC3N), acetonitrilo (CH3CN) y ciclopropenilideno (c-C3H2)- en cinco discos protoplanetarios, conocidos como IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 y MWC 480. Los discos protoplanetarios se encuentran entre 300 y 500 años luz de la Tierra. Todos los discos muestran signos de formación planetaria en curso en su interior.

Los discos protoplanetarios "alimentan" a los planetas jóvenes 

El disco protoplanetario que rodea a un planeta joven lo "alimentará" con material a medida que se forme.

Por ejemplo, se cree que la joven Tierra recibió material a través de impactos de asteroides y cometas que se habían formado en el disco protoplanetario alrededor del Sol. Pero los científicos no estaban seguros de que todos los discos protoplanetarios contuvieran reservas de moléculas orgánicas complejas capaces de crear moléculas de importancia biológica.  

Este estudio empieza a responder a esa pregunta. Encontró las moléculas en cuatro de los cinco discos observados. Además, la abundancia de las moléculas era mayor de lo que los científicos esperaban. 

El Dr. Ilee dijo: "ALMA nos ha permitido buscar estas moléculas en las regiones más internas de estos discos, en escalas de tamaño similares a nuestro Sistema Solar, por primera vez. Nuestro análisis muestra que las moléculas se encuentran principalmente en estas regiones interiores con abundancias entre 10 y 100 veces superiores a las que los modelos habían predicho".

Es importante destacar que las regiones del disco en las que se localizaron las moléculas son también donde se forman los asteroides y los cometas. El Dr. Ilee afirma que es posible que en estos discos también se produzca un proceso similar al que pudo contribuir a iniciar la vida en la Tierra: el bombardeo de asteroides y cometas transfiere las grandes moléculas orgánicas a los planetas recién formados. 

El Dr. Walsh añadió: "El resultado clave de este trabajo muestra que los mismos ingredientes necesarios para sembrar la vida en nuestro planeta se encuentran también alrededor de otras estrellas. Es posible que las moléculas necesarias para iniciar la vida en los planetas estén fácilmente disponibles en todos los entornos de formación de planetas".

Una de las próximas cuestiones que los investigadores quieren investigar es si existen moléculas aún más complejas en los discos protoplanetarios.

El Dr. Ilee añadió: "Si estamos encontrando moléculas como éstas en abundancias tan grandes, nuestra comprensión actual de la química interestelar sugiere que también deberían ser observables moléculas aún más complejas."

"Esperamos utilizar ALMA para buscar los siguientes peldaños de complejidad química en estos discos. Si los detectamos, entonces estaremos aún más cerca de entender cómo los ingredientes crudos de la vida pueden ser ensamblados alrededor de otras estrellas." 

Fuentes, créditos y referencias:

Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) IX:Distribution and properties of the large organic molecules HC3N, CH3CN, and c-C3H2” is published 15 September 2021 in Astrophysical Journal Supplement Series.

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