Si ritiene che gran parte del carbonio nello spazio esista sotto forma di grandi molecole chiamate idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Dagli anni '80, prove circostanziali hanno indicato che queste molecole sono abbondanti nello spazio, ma non sono stati osservati direttamente.

Ora, un team di ricercatori guidato dall'assistente professore del MIT Brett McGuire ha identificato due IPA distintivi in ​​una zona di spazio chiamata Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Si credeva che gli IPA si formassero in modo efficiente solo a temperature elevate:sulla Terra, si presentano come sottoprodotti della combustione di combustibili fossili, e si trovano anche nei segni di carbone sul cibo alla griglia. Ma la nube interstellare in cui il team di ricerca li ha osservati non ha ancora iniziato a formare stelle, e la temperatura è di circa 10 gradi sopra lo zero assoluto.

Questa scoperta suggerisce che queste molecole possono formarsi a temperature molto più basse del previsto, e potrebbe portare gli scienziati a ripensare alle loro ipotesi sul ruolo della chimica PAH nella formazione di stelle e pianeti, dicono i ricercatori.

"Ciò che rende il rilevamento così importante è che non solo abbiamo confermato un'ipotesi che è stata elaborata da 30 anni, ma ora possiamo guardare tutte le altre molecole in questa fonte e chiederci come stanno reagendo per formare gli IPA che vediamo, come gli IPA che vediamo possono reagire con altre cose per formare possibilmente molecole più grandi, e quali implicazioni può avere per la nostra comprensione del ruolo di molecole di carbonio molto grandi nella formazione di pianeti e stelle, "dice McGuire, che è un autore senior del nuovo studio.

Michael McCarthy, direttore associato dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, è un altro autore senior dello studio, che appare oggi in Scienza . Il team di ricerca comprende anche scienziati di diverse altre istituzioni, compresa l'Università della Virginia, l'Osservatorio Nazionale di Radioastronomia, e il Goddard Space Flight Center della NASA.

Segnali distintivi

A partire dagli anni '80, gli astronomi hanno utilizzato telescopi per rilevare segnali infrarossi che suggerivano la presenza di molecole aromatiche, che sono molecole che tipicamente includono uno o più anelli di carbonio. Si ritiene che circa il 10-25 percento del carbonio nello spazio si trovi negli IPA, che contengono almeno due anelli di carbonio, ma i segnali a infrarossi non erano abbastanza distinti da identificare molecole specifiche.

"Ciò significa che non possiamo scavare nei meccanismi chimici dettagliati per come questi si formano, come reagiscono tra loro o con altre molecole, come sono distrutti, e l'intero ciclo del carbonio durante il processo di formazione di stelle e pianeti e infine la vita, " dice McGuire.

Sebbene la radioastronomia sia stata un cavallo di battaglia della scoperta molecolare nello spazio sin dagli anni '60, radiotelescopi abbastanza potenti da rilevare queste grandi molecole esistono solo da poco più di un decennio. Questi telescopi possono rilevare gli spettri rotazionali delle molecole, che sono modelli distintivi di luce che le molecole emettono mentre rotolano nello spazio. I ricercatori possono quindi cercare di abbinare i modelli osservati nello spazio con i modelli che hanno visto da quelle stesse molecole nei laboratori sulla Terra.

"Una volta che hai quel modello che corrisponde, sai che non c'è nessun'altra molecola esistente che potrebbe emettere quello spettro esatto. E, l'intensità delle linee e la forza relativa dei diversi pezzi del modello ti dice qualcosa su quanta molecola c'è, e quanto è calda o fredda la molecola, " dice McGuire.

McGuire ei suoi colleghi hanno studiato TMC-1 per diversi anni perché precedenti osservazioni hanno rivelato che è ricco di complesse molecole di carbonio. Alcuni anni fa, un membro del team di ricerca ha osservato indizi secondo cui la nube contiene benzonitrile, un anello a sei atomi di carbonio attaccato a un gruppo di nitrile (carbonio-azoto).

I ricercatori hanno quindi utilizzato il Green Bank Telescope, il radiotelescopio orientabile più grande del mondo, per confermare la presenza di benzonitrile. Nei loro dati, hanno anche trovato le firme di altre due molecole:gli IPA riportati in questo studio. Quelle molecole, chiamati 1-cianonaftalene e 2-cianonaftalene, sono costituiti da due anelli benzenici fusi insieme, con un gruppo nitrilico attaccato ad un anello.

"Rilevare queste molecole è un grande passo avanti nell'astrochimica. Stiamo iniziando a collegare i punti tra piccole molecole, come il benzonitrile, che si sa esistere nello spazio, agli IPA monolitici così importanti in astrofisica, "dice Kelvin Lee, un postdoc del MIT che è uno degli autori dello studio.

Trovare queste molecole al freddo, TMC-1 senza stelle suggerisce che gli IPA non sono solo i sottoprodotti delle stelle morenti, ma può essere assemblato da molecole più piccole.

"Nel luogo dove li abbiamo trovati, non c'è stella, quindi o vengono costruiti sul posto o sono gli avanzi di una stella morta, " dice McGuire. "Pensiamo che sia probabilmente una combinazione dei due:l'evidenza suggerisce che non è né un percorso né l'altro esclusivamente. Questo è nuovo e interessante perché prima non c'era stata davvero alcuna prova osservativa per questo percorso dal basso verso l'alto".

Chimica del carbonio

Il carbonio svolge un ruolo fondamentale nella formazione dei pianeti, quindi il suggerimento che gli IPA potrebbero essere presenti anche in starless, regioni fredde dello spazio, potrebbe spingere gli scienziati a ripensare alle loro teorie su quali sostanze chimiche sono disponibili durante la formazione del pianeta, dice McGuire. Poiché gli IPA reagiscono con altre molecole, possono iniziare a formare grani di polvere interstellare, che sono i semi di asteroidi e pianeti.

"Dobbiamo ripensare completamente i nostri modelli di come la chimica si sta evolvendo, a partire da questi nuclei senza stelle, per includere il fatto che stanno formando queste grandi molecole aromatiche, " lui dice.

McGuire e i suoi colleghi hanno ora in programma di indagare ulteriormente su come si sono formati questi IPA, e che tipo di reazioni possono subire nello spazio. Hanno anche in programma di continuare a scansionare TMC-1 con il potente Green Bank Telescope. Una volta che avranno queste osservazioni dalla nube interstellare, i ricercatori possono provare a far combaciare le firme che trovano con i dati che generano sulla Terra mettendo due molecole in un reattore e facendole esplodere con kilovolt di elettricità, facendoli a pezzi e facendoli ricombinare. Ciò potrebbe risultare in centinaia di molecole diverse, molti dei quali non sono mai stati visti sulla Terra.

"Dobbiamo continuare a vedere quali molecole sono presenti in questa fonte interstellare, perché più sappiamo dell'inventario, più possiamo iniziare a provare a collegare i pezzi di questa rete di reazione, " dice McGuire.