Gli astronomi scoprono nuovi elementi costitutivi della materia organica complessa

Gli scienziati del CfA aiutano a rilevare una nuova molecola nello spazio interstellare mentre cresce l’elenco delle molecole complesse identificate.

 

 

 

Il carbonio è un elemento costitutivo della vita, sia sulla Terra che potenzialmente altrove nelle vaste distese dello spazio. Dovrebbe esserci molto carbonio nello spazio, ma sorprendentemente non è sempre facile da trovare.

Sebbene possa essere osservato in molti luoghi, non raggiunge il volume che gli astronomi si aspetterebbero di vedere.

La scoperta di una nuova molecola complessa (1-cianopirene) sfida le aspettative su dove si trovano gli elementi costitutivi del carbonio e su come si evolvono.

Gli astronomi hanno capito da tempo che alcune stelle ricche di carbonio sono fabbriche di fuliggine che rilasciano abbondanti quantità di piccoli fogli molecolari di carbonio nel mezzo interstellare.

Gli scienziati pensavano, tuttavia, che questi tipi di molecole ricche di carbonio non potessero sopravvivere alle dure condizioni dello spazio interstellare né essere riformate lì da una chimica simile alla combustione perché la temperatura è troppo bassa.

Ricercatori del Centro di Astrofisica | Harvard & Smithsonian (CfA) hanno contribuito a condurre questa ricerca. Un articolo che descrive questi risultati è stato pubblicato oggi sulla rivista Science.

“La nostra rilevazione di 1-cianopirene ci fornisce nuove importanti informazioni sull’origine chimica e il destino del carbonio, l’elemento più importante per la chimica complessa sia sulla Terra che nello spazio”, ha detto Bryan Changala del CfA, coautore dell’articolo di Science.

La molecola di 1-cianopirene è costituita da più anelli benzenici fusi. Appartiene a una classe di composti noti come idrocarburi policiclici aromatici (IPA), che in precedenza si credeva si formassero solo ad alte temperature in regioni con molta energia, come gli ambienti che circondano le stelle che invecchiano.

Sulla Terra, gli IPA si trovano nella combustione di combustibili fossili e come segni di carbonizzazione sul cibo grigliato.

Gli astronomi studiano gli IPA non solo per conoscere il loro particolare ciclo di vita, ma anche per saperne di più su come interagiscono con il mezzo interstellare (ISM) e sui corpi celesti che li circondano.

Si ritiene che gli IPA siano responsabili delle bande infrarosse non identificate osservate in molti oggetti astronomici.

Queste bande derivano dalla fluorescenza infrarossa degli IPA dopo aver assorbito i fotoni ultravioletti (UV) dalle stelle.

‘intensità di queste bande rivela che gli IPA potrebbero rappresentare una frazione significativa del carbonio nell’ISM.

Tuttavia, le molecole di 1-cianopirene recentemente osservate sono state trovate nella Taurus Molecular Cloud-1 (TMC-1), una nube interstellare fredda.

Situata nella costellazione del Toro, TMC-1 non ha ancora iniziato a formare stelle e la temperatura è solo di circa 10 gradi sopra lo zero assoluto.

“TMC-1 è un laboratorio naturale per lo studio di queste molecole che vanno a formare i mattoni di stelle e pianeti”, ha detto Gabi Wenzel, un borsista post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology che ha guidato il lavoro di laboratorio ed è il primo autore dell’articolo di Science.

“Queste sono le molecole più grandi che abbiamo trovato in TMC-1 fino ad oggi. Questa scoperta spinge i confini della nostra comprensione della complessità delle molecole che possono esistere nello spazio interstellare”, ha detto il co-autore Brett McGuire, assistente professore di chimica al MIT e astronomo aggiunto presso il National Science Foundation (NSF) National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio NSF Green Bank, il più grande radiotelescopio completamente orientabile al mondo, per scoprire l’1-cianopirene.

Ogni molecola ha uno spettro rotazionale unico, come un’impronta digitale, che ne consente l’identificazione. Tuttavia, le loro grandi dimensioni e la mancanza di un momento di dipolo permanente possono rendere alcuni IPA difficili, o addirittura impossibili, da rilevare.

Le osservazioni del cianopirene possono fornire prove indirette della presenza di molecole ancora più grandi e complesse nelle osservazioni future.

“Identificare lo spettro rotazionale unico dell’1-cianopirene ha richiesto il lavoro di un team scientifico interdisciplinare”, spiega il co-autore Harshal Gupta, direttore del programma NSF per il Green Bank Observatory e ricercatore associato presso il CfA.

“Questa scoperta è un ottimo esempio di chimici sintetici, spettroscopisti, astronomi e modellisti che lavorano a stretto contatto e armoniosamente”.

Questa ricerca ha combinato l’esperienza dell’astronomia e della chimica con le misurazioni e le analisi condotte nel laboratorio di spettroscopia molecolare del Dr. Michael McCarthy presso il CfA.

“Gli spettrometri a microonde sviluppati presso il CfA sono strumenti unici e di livello mondiale, progettati specificamente per misurare le precise impronte digitali radio di molecole complesse come l’1-cianopirene”, ha detto McCarthy.

“Le previsioni anche delle teorie chimiche quantistiche più avanzate sono ancora migliaia di volte meno accurate di quelle necessarie per identificare queste molecole nello spazio con i radiotelescopi, quindi gli esperimenti in laboratori come il nostro sono indispensabili per queste scoperte astronomiche rivoluzionarie”.