La posizione della nube molecolare di formazione stellare Sgr B2 vicino alla sorgente centrale della Via Lattea, Sgr A* (Immagine di sfondo:GLOSTAR). Gli isomeri propanolo e isopropanolo sono stati entrambi rilevati in Sgr B2 utilizzando il telescopio ALMA. Credito:collaborazione GLOSTAR (immagine di sfondo). Wikipedia/dominio pubblico (modelli molecolari).
Un gruppo internazionale di ricercatori guidato da Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Germania) riporta la prima identificazione dell'isopropanolo nello spazio interstellare, una sostanza usata come disinfettante sulla Terra. L'isopropanolo è il più grande alcol rilevato finora, a dimostrazione della crescente complessità dei membri di una delle classi di molecole più abbondanti che si possono trovare nello spazio. L'identificazione è stata possibile grazie alle osservazioni della regione di formazione stellare Sagittario B2 (Sgr B2) vicino al centro della nostra galassia dove sono già state rilevate molte molecole. È l'obiettivo di un'indagine approfondita sulla sua composizione chimica con il telescopio ALMA in Cile.
La ricerca di molecole nello spazio va avanti da più di 50 anni. Ad oggi, gli astronomi hanno identificato 276 molecole nel mezzo interstellare. Il database di Colonia per la spettroscopia molecolare (CDMS) fornisce dati spettroscopici per rilevare queste molecole, forniti da molti gruppi di ricerca e in molti casi è stato determinante nella loro rilevazione.
L'obiettivo del presente lavoro è capire come si formano le molecole organiche nel mezzo interstellare, in particolare nelle regioni in cui nascono nuove stelle, e quanto possono essere complesse queste molecole. La motivazione di fondo è stabilire connessioni con la composizione chimica dei corpi nel sistema solare come le comete, come consegnato ad esempio dalla missione Rosetta alla cometa Churyumov-Gerasimenko alcuni anni fa.
Un'eccezionale regione di formazione stellare nella nostra galassia dove sono state rilevate molte molecole in passato è il Sagittario B2 (Sgr B2), che si trova vicino alla famosa sorgente Sgr A*, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia.
"Il nostro gruppo ha iniziato a studiare la composizione chimica di Sgr B2 più di 15 anni fa con il telescopio IRAM da 30 m", afferma Arnaud Belloche del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn, in Germania, il principale autore del carta di rilevamento. "Queste osservazioni hanno avuto successo e hanno portato in particolare al primo rilevamento interstellare di diverse molecole organiche, tra molti altri risultati."
Con l'avvento dell'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dieci anni fa, è stato possibile andare oltre ciò che si poteva ottenere verso Sgr B2 con un telescopio monodisco e uno studio a lungo termine della composizione chimica di Sgr B2 è stato avviato che ha sfruttato l'elevata risoluzione angolare e la sensibilità fornite da ALMA.
Finora, le osservazioni di ALMA hanno portato all'identificazione di tre nuove molecole organiche (iso-propilcianuro, N-metilformammide, urea) dal 2014. L'ultimo risultato di questo progetto ALMA è ora la rilevazione del propanolo (C3 H7 OH).
Il propanolo è un alcol ed è ora il più grande di questa classe di molecole che sia stato rilevato nello spazio interstellare. Questa molecola esiste in due forme ("isomeri"), a seconda dell'atomo di carbonio a cui è attaccato il gruppo funzionale idrossile (OH):1) propanolo normale, con OH legato a un atomo di carbonio terminale della catena, e 2) iso -propanolo, con OH legato all'atomo di carbonio centrale nella catena. L'isopropanolo è anche noto come ingrediente chiave nei disinfettanti per le mani sulla Terra. Entrambi gli isomeri del propanolo in Sgr B2 sono stati identificati nel set di dati ALMA. È la prima volta che l'isopropanolo viene rilevato nel mezzo interstellare e la prima volta che il propanolo normale viene rilevato in una regione di formazione stellare. La prima rilevazione interstellare di propanolo normale è stata ottenuta poco prima della rilevazione ALMA da parte di un gruppo di ricerca spagnolo con radiotelescopi monodisco in una nuvola molecolare non lontano da Sgr B2. La rilevazione dell'isopropanolo verso Sgr B2, invece, è stata possibile solo con ALMA.
"Il rilevamento di entrambi gli isomeri del propanolo è straordinariamente potente nel determinare il meccanismo di formazione di ciascuno. Poiché si assomigliano così tanto, si comportano fisicamente in modi molto simili, il che significa che le due molecole dovrebbero essere presenti negli stessi posti allo stesso volte", afferma Rob Garrod dell'Università della Virginia (Charlottesville/USA). "L'unica domanda aperta sono le quantità esatte che sono presenti:questo rende il loro rapporto interstellare molto più preciso di quanto sarebbe il caso per altre coppie di molecole. Significa anche che la rete chimica può essere regolata molto più attentamente per determinare i meccanismi mediante che formano."
La rete dei telescopi ALMA è stata fondamentale per la rivelazione di entrambi gli isomeri del propanolo verso Sgr B2, grazie alla sua elevata sensibilità, alla sua elevata risoluzione angolare e alla sua ampia copertura di frequenza. Una difficoltà nell'identificazione di molecole organiche negli spettri delle regioni di formazione stellare è la confusione spettrale. Ogni molecola emette radiazioni a frequenze specifiche, la sua "impronta digitale" spettrale, nota dalle misurazioni di laboratorio.
"Più grande è la molecola, più righe spettrali produce a diverse frequenze. In una sorgente come Sgr B2, ci sono così tante molecole che contribuiscono alla radiazione osservata che i loro spettri si sovrappongono ed è difficile districare le loro impronte digitali e identificarle individualmente, " afferma Holger Müller dell'Università di Colonia, dove sono stati eseguiti lavori di laboratorio in particolare sul propanolo normale.
Grazie all'elevata risoluzione angolare di ALMA, è stato possibile isolare parti di Sgr B2 che emettono righe spettrali molto strette, cinque volte più strette delle righe rilevate su scale maggiori con il radiotelescopio IRAM da 30 m. La ristrettezza di queste righe riduce la confusione spettrale, e questa è stata la chiave per l'identificazione di entrambi gli isomeri del propanolo in Sgr B2. Anche la sensibilità di ALMA ha giocato un ruolo fondamentale:non sarebbe stato possibile identificare il propanolo nei dati raccolti se la sensibilità fosse stata solo due volte peggiore.
Questa ricerca è uno sforzo di lunga data per sondare la composizione chimica dei siti in Sgr B2 dove si stanno formando nuove stelle, e quindi comprendere i processi chimici in atto nel corso della formazione stellare. L'obiettivo è determinare la composizione chimica dei siti di formazione stellare e possibilmente identificare nuove molecole interstellari. "Il propanolo è stato a lungo nella nostra lista di molecole da cercare, ma è solo grazie al recente lavoro svolto nel nostro laboratorio per caratterizzare il suo spettro di rotazione che abbiamo potuto identificare i suoi due isomeri in modo robusto", afferma Oliver Zingsheim, anche lui dell'Università di Colonia.
Il rilevamento di molecole strettamente correlate che differiscono leggermente nella loro struttura (come il normale e l'iso-propanolo o, come è stato fatto in passato:il normale e l'iso-propil cianuro) e la misurazione del loro rapporto di abbondanza consente ai ricercatori di sondare parti specifiche del rete di reazione chimica che porta alla loro produzione nel mezzo interstellare.
"Ci sono ancora molte righe spettrali non identificate nello spettro ALMA di Sgr B2, il che significa che c'è ancora molto lavoro da fare per decifrarne la composizione chimica. Nel prossimo futuro, l'espansione della strumentazione ALMA a frequenze più basse probabilmente ci aiuterà per ridurre ulteriormente la confusione spettrale e possibilmente consentire l'identificazione di ulteriori molecole organiche in questa spettacolare sorgente", conclude Karl Menten, Direttore dell'MPIfR e capo del dipartimento di ricerca di astronomia millimetrica e submillimetrica.
L'indagine di imaging della linea spettrale ReMoCA eseguita con ALMA ad alta risoluzione angolare e i risultati di un recente studio spettroscopico del propanolo sono stati utilizzati per cercare gli isomeri normali e isomeri della molecola di propanolo nel nucleo molecolare caldo Sgr B2(N2) nelle vicinanze del centro galattico. Gli spettri interferometrici sono stati analizzati nell'ipotesi di equilibrio termodinamico locale. La rete di reazione del modello astrochimico MAGICKAL è stata ampliata per esplorare le vie di formazione del propanolo e per inserire i risultati dell'osservazione in un contesto astrochimico più ampio.
Gli studi associati sono stati pubblicati in Astronomy &Astrophysics . + Esplora ulteriormente
