I ricercatori dell'Università dell'Arizona hanno rilevato molecole organiche nelle nebulose planetarie, le conseguenze delle stelle morenti, e negli estremi confini della Via Lattea, che sono stati ritenuti troppo freddi e troppo lontani dal centro galattico per supportare tali chimiche. Presentano i loro risultati al 238th Meeting della American Astronomical Society, o AAS, tenuto virtualmente dal 7 al 9 giugno.

Un team guidato da Lucy Ziurys dell'Università dell'Arizona riporta osservazioni di molecole organiche nelle nebulose planetarie con dettagli e risoluzione spaziale senza precedenti. Utilizzando l'Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, Ziurys e il suo team hanno osservato emissioni radio da acido cianidrico (HCN), ione formile (HCO ⁺ ) e monossido di carbonio (CO) in cinque nebulose planetarie:M2-48, M1-7, M3-28, K3-45 e K3-58.

L'emissione di queste molecole è stata trovata per delineare le forme delle nebulose planetarie, che in precedenza era stata osservata solo in luce visibile. In alcuni casi, le firme molecolari hanno rivelato caratteristiche inedite. L'alta risoluzione di un secondo d'arco, equivalente a un centesimo visto da 2,5 miglia di distanza, ha prodotto immagini suggestive delle nebulose, mostrando chiaramente le complesse geometrie del denso, materiale espulso con barre, lobi e archi mai chiaramente osservati prima.

Le nebulose planetarie sono oggetti luminosi, prodotta quando le stelle di un certo tipo giungono alla fine della loro evoluzione. La maggior parte delle stelle nella nostra galassia, compreso il sole, dovrebbero finire la loro vita in questo modo. Mentre la stella morente sparge grandi quantità della sua massa nello spazio e diventa una nana bianca, di solito emette forti radiazioni ultraviolette. Si è pensato a lungo che questa radiazione rompesse tutte le molecole scagliate nel mezzo interstellare dalla stella morente e le riducesse in atomi.

Il rilevamento di molecole organiche nelle nebulose planetarie negli ultimi anni ha dimostrato che non è così, però, e le osservazioni qui presentate supportano ulteriormente l'idea che le nebulose planetarie servano come fonti critiche che seminano il mezzo interstellare con molecole che servono come ingredienti grezzi nella formazione di nuove stelle e pianeti. Si pensa che le nebulose planetarie forniscano il 90% del materiale nel mezzo interstellare, con supernova aggiungendo il restante 10%.

"Si pensava che le nubi molecolari che avrebbero dato origine a nuovi sistemi stellari dovessero partire da zero e formare queste molecole dagli atomi, " disse Ziurys, un Regent's Professor di Chimica e Astronomia all'UArizona. "Ma se invece il processo inizia con le molecole, potrebbe accelerare drasticamente l'evoluzione chimica nei sistemi stellari nascenti".

Ziurys e il suo team ritengono che il comportamento di cambiamento di forma nella geometria delle nebulose possa essere guidato da alcuni processi coinvolti nella nucleosintesi, in altre parole, la forgiatura di nuovi elementi all'interno di una stella.

"Ci dice che in una stella morente, che è sferico fino alla sua fase finale, alcune dinamiche molto interessanti si verificano una volta che passa attraverso lo stadio della nebulosa planetaria, che cambia quella forma sferica, " Disse Ziurys. "Queste stelle perdono la loro massa, e quindi non c'è davvero alcun meccanismo per farli diventare improvvisamente bipolari o addirittura quadrupolari".

Secondo i ricercatori, una possibile spiegazione potrebbe essere lampi di elio, che hanno origine in un caldo, guscio convettivo attorno al nucleo di una stella morente e potrebbe fornire una fonte di sintesi nucleare esplosiva lontano dal centro della stella, risultando nelle forme molto complesse viste in alcune nebulose.

"Questo potrebbe probabilmente distorcere la forma sferica perché un lampo di elio può esplodere attraverso i poli di una stella, dove sarà diretto da campi magnetici, e questo avrà effetto sulla forma della nebulosa che si formerà intorno ad essa, " lei disse.

Secondo Ziurys, molte nebulose planetarie sono una specie di enigma, perché si sono evolute da stelle sferiche ma poi hanno dato origine a strutture bipolari o addirittura quadrupolari.

"È stato un enigma per gli astronomi come si passa da una geometria sferica a queste geometrie multipolari, " ha detto. "Le molecole che abbiamo osservato tracciano magnificamente le geometrie polari, e quindi speriamo che questo ci dia un'idea della formazione delle nebulose planetarie".

In una seconda presentazione, Lilia Koelemay, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca di Ziurys, riferirà sulla scoperta di molecole organiche alla periferia della Via Lattea, più del doppio dal centro galattico di quella che è conosciuta come la Zona Galattica Abitabile, o GHZ.

I GHZ della Via Lattea, che comprende il sistema solare, è una regione considerata avere condizioni favorevoli per la formazione della vita. Si pensa che si estenda solo fino a 10 kiloparsec, o circa 32, 600 anni luce, dal centro galattico.

Utilizzando il telescopio da 12 metri UArizona ARO sul Kitt Peak vicino a Tucson, Arizona, Koelemay, Ziurys e il team hanno cercato in 20 nubi molecolari nei bracci del Cygnus della Via Lattea gli spettri di emissione distintivi del metanolo, una molecola organica di base. A soli 20 Kelvin, queste nuvole sono tipicamente estremamente fredde e lontane dal centro galattico, a una distanza da 13 a 23,5 kiloparsec. Il team ha rilevato il metanolo in tutte e 20 le nuvole.

Secondo Koelemay, il rilevamento di queste molecole organiche al confine galattico può implicare che la chimica organica sia ancora prevalente ai confini esterni della galassia, e il GHZ può estendersi molto più lontano dal centro galattico rispetto all'attuale confine stabilito.

"Gli scienziati si sono interrogati a lungo sull'estensione della chimica organica nella nostra galassia, e si è sempre pensato che non troppo lontano dal nostro sole, non vedremo molte molecole organiche, " ha detto Koelemay. "L'assunto ampiamente diffuso era che nella periferia della nostra galassia la chimica necessaria per formare sostanze organiche non si verificasse".

Questa conclusione era in parte basata sulla presunta scarsità di molecole organiche nei confini esterni della galassia, secondo i ricercatori. La nozione di zona abitabile galattica si basa sull'idea che affinché esistano condizioni abitabili in cui la vita possa evolversi, un sistema planetario non può essere troppo vicino al centro galattico con la sua altissima densità di stelle e radiazioni intense, e non può essere troppo lontano, perché non ci sarebbero abbastanza elementi critici per la vita, come l'ossigeno, carbonio e azoto.

Le osservazioni sono state rese possibili da un nuovo ricevitore a lunghezza d'onda di 2 millimetri con una sensibilità senza precedenti. Sviluppato in collaborazione tra Ziurys, Gene Lauria, un ingegnere all'Osservatorio Steward, e l'Osservatorio Nazionale di Radioastronomia, il ricevitore consente il rilevamento di righe di emissione molecolare in una larghezza di banda di lunghezza d'onda a cui i radioastronomi statunitensi non hanno potuto accedere per molti anni.

"Senza questo nuovo strumento, queste osservazioni avrebbero richiesto centinaia di ore, che non è fattibile, " Ziurys ha detto. "Con questa nuova capacità, prevediamo di aprire drasticamente la nostra finestra di osservazione e rilevare molecole in altre regioni della nostra galassia precedentemente ritenute prive di tale chimica".

Recentemente, Koelemay ha iniziato a cercare altre molecole oltre al metanolo, come il cianuro di metile, molecole organiche con strutture ad anello e altre che contengono gruppi funzionali noti per essere elementi costitutivi cruciali per le biomolecole. Le scoperte di queste molecole nel mezzo interstellare hanno suscitato molto interesse, come molti ricercatori li considerano candidati promettenti per l'emergere della vita. Quando le molecole organiche sono presenti nei sistemi planetari emergenti, possono condensarsi sulla superficie degli asteroidi, che poi li consegnano ai pianeti nascenti, dove potrebbero potenzialmente far ripartire l'evoluzione della vita.

"Stiamo trovando queste specie alla periferia della galassia, e l'abbondanza non scende nemmeno di 10 kiloparsec dal sistema solare, dove non si credeva che la chimica necessaria per costruire le molecole necessarie per la vita si verificasse, " disse Ziurys, Consigliere di Koelemay e coautore del rapporto. "Il fatto che siano lì espande le prospettive di formazione di pianeti abitabili ben oltre quella che è stata considerata la zona abitabile è estremamente eccitante".