Gli astronomi chiariscono come si formano le macromolecole organiche

Le macromolecole organiche sono considerate gli elementi costitutivi della vita, in quanto sono di fondamentale importanza per la composizione del carbonio e dell’azoto della terra.

Gli scienziati planetari hanno a lungo ipotizzato che le macromolecole organiche che rendono la Terra adatta alla vita provengano dalle cosiddette condriti.

Le condriti sono blocchi rocciosi da cui si è formata la Terra circa 4,6 miliardi di anni fa e che oggi conosciamo come meteoriti.

Le condriti si formano nelle prime fasi dall’accumulo di polvere e piccole particelle nel disco protoplanetario che si forma attorno a una giovane stella.

Ma fino ad ora, la domanda è stata come si sono formate le macromolecole presenti in questi agglomerati di ciottoli.

I ricercatori guidati da Niels Ligterink presentano ora una spiegazione per questo in uno studio che è stato appena pubblicato su Nature Astronomy.

Ligterink, primo autore dello studio, ha lavorato presso la divisione Space Research and Planetary Sciences dell’Università di Berna fino alla fine di giugno 2024 ed è ora assistente professore presso l’Università Tecnica di Delft.

Trappole per la polvere e radiazioni come elementi chiave

«La materia macromolecolare in quanto tale è responsabile della composizione del carbonio e dell’azoto della Terra e fornisce le condizioni per la vita», spiega Ligterink. Finora, tuttavia, non è stato chiaro dove nello spazio si formi questa materia macromolecolare.

Per il presente studio, il team di ricerca, che è stato messo insieme da Ligterink, ha combinato due fenomeni già noti nel suo modello. Il primo è il fenomeno che nel disco di polvere in orbita attorno a una giovane stella, ci sono regioni in cui si accumulano polvere e ghiaccio. In una tale trappola di polvere o ghiaccio, la polvere ghiacciata non rimane ferma, ma si muove su e giù, e si verificano importanti meccanismi per la formazione dei cosiddetti planetesimi, precursori e mattoni per i pianeti.

Il secondo fenomeno riguarda la forte irradiazione, ad esempio da parte della luce stellare, di semplici miscele di ghiaccio.

La ricerca di laboratorio ha indicato che molecole molto complesse di centinaia di atomi possono essere formate dall’irradiazione.

Queste molecole contengono principalmente atomi di carbonio e possono essere paragonate alla fuliggine nera e al grafene.

Se, hanno ipotizzato i ricercatori, ci fossero trappole di polvere che sono state esposte anche all’intensa luce stellare, le macromolecole organiche potrebbero formarsi lì

Per testare la loro ipotesi, i ricercatori hanno messo a punto un modello che ha permesso loro di calcolare diverse condizioni.

Formazione sorprendentemente rapida di macromolecole

Il modello ha dimostrato che, nelle giuste condizioni, la formazione di macromolecole è effettivamente fattibile in pochi decenni. “Ci aspettavamo questo risultato, ovviamente, ma è stata una bella sorpresa che fosse così evidente”, afferma il ricercatore principale Ligterink.

“Spero che la ricerca presti maggiore attenzione all’effetto delle radiazioni pesanti sui processi chimici complessi. La maggior parte dei ricercatori si concentra su molecole organiche relativamente piccole di poche decine di atomi di dimensioni, mentre le condriti, i mattoni costitutivi dei pianeti, contengono per lo più macromolecole di grandi dimensioni”.

“È davvero fantastico che ora possiamo utilizzare un modello basato sull’osservazione per spiegare come possono formarsi grandi molecole”, afferma il co-autore Nienke van der Marel dell’Università di Leiden nei Paesi Bassi.

Undici anni fa, lei e i suoi colleghi sono stati i primi a dimostrare in modo convincente l’esistenza delle trappole per la polvere. Da allora è rimasta affascinata dall’argomento.

“La nostra ricerca è una combinazione unica di astrochimica, osservazioni con l’osservatorio del radiotelescopio ALMA, lavoro di laboratorio, evoluzione della polvere e studio dei meteoriti del nostro sistema solare”.

In futuro, i ricercatori hanno in programma di studiare come i diversi tipi di trappole per la polvere reagiscono in modo diverso alle radiazioni e ai flussi di polvere in movimento.

«Questo li aiuterà a saperne di più sulla probabilità di vita intorno a diversi tipi di esopianeti e stelle», conclude Ligterink.