Cocktail cosmico: metanolo esotico scoperto in regioni di formazione planetaria

Nelle profondità della nostra galassia si stanno formando nuove stelle e pianeti, accompagnati da una moltitudine di sostanze chimiche. Le molecole organiche, considerate potenziali mattoni costruttivi della vita, si formano anche all’interno di vaste nuvole di gas e polvere coperte di ghiaccio.

Esattamente come nasca questa diversità molecolare, come varia da sistema stellare a sistema stellare e come plasmi i giovani sistemi planetari rimane in gran parte sconosciuto.

Ed è qui che entra in gioco il principale progetto internazionale COMPASS (Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys).

Sotto la co-guida della Prof.ssa Dott.ssa Maria N. Drozdovskaya del Dipartimento di Chimica, Biochimica e Scienze Farmaceutiche dell’Università di Berna, il team utilizza l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – il telescopio terrestre più potente al mondo, situato nel deserto di Atacama in Cile – per studiare la formazione di molecole organiche complesse negli ambienti di stelle giovani.

I primi risultati scientifici sono ora disponibili: in sette articoli pubblicati su Astronomy & Astrophysics, il team dimostra che le stelle giovani ancora in formazione – le cosiddette protostelle – sono circondate da un sorprendentemente sofisticato “kit di partenza chimica”, che include molecole organiche come il metanolo, che in seguito potrebbero essere trovate nei pianeti in formazione. Inoltre, una forma rara e pesante di metanolo è stata rilevata per la prima volta intorno a una protostella.

COMPASS sta usando ALMA per studiare undici protostelle simili a quelle solari nelle vicinanze, con dettagli senza precedenti.

L’obiettivo è comprendere come la diversità chimica venga trasferita dalle enormi nubi di gas e polvere ai giovani sistemi planetari – fino a pianeti simili alla Terra. Più di 30 ricercatori provenienti da Europa, Nord America e Asia sono coinvolti nel progetto; l’Università di Berna è rappresentata dal gruppo di ricerca guidato da Maria Drozdovskaya, specializzata in astrofisica molecolare ed è co-fondatrice e co-investigatrice principale del progetto. L’astrofisica molecolare dell’Università di Berna è unica in Svizzera e sta emergendo come pilastro chiave di questa ricerca.

Diversi dei risultati iniziali di COMPASS riguardano il metanolo, l’alcol più semplice, che svolge un ruolo centrale nella formazione di molecole organiche più grandi.

I ricercatori sono riusciti a rilevare la cosiddetta emissione di maser metanolo – segnali radio distintivi provenienti dalle molecole di metanolo – in più della metà delle protostelle studiate.

Questa emissione di metanolo maser è inaspettata nelle protostelle a bassa massa – cioè i precursori di stelle relativamente leggere e simili al Sole.

Fino ad ora, era stata osservata solo in protostelle ad alta massa, che sono i precursori di stelle molto massicce e molto più energetiche.

“Il fatto che ora sia stata trovata anche in una protostella a bassa massa dimostra che condizioni fisiche localmente estreme possono prevalere lì, analogamente alle stelle massicce, e mette in discussione la nostra precedente comprensione della formazione di stelle simili al Sole”, afferma Drozdovskaya.

I risultati suggeriscono che l’emissione del maser di metanolo attorno alle protostelle a bassa massa è molto più diffusa di quanto si pensasse e rappresenta una caratteristica comune nelle prime fasi dell’evoluzione protostellare.

Contemporaneamente, COMPASS riuscì a rilevare per la prima volta nello spazio una variante “pesante” del metanolo: il metanolo completamente deuterato (CD₃OD), in cui tutti gli atomi di idrogeno sono sostituiti dall’isotopo pesante deuterio.

Questa molecola esotica è stata scoperta intorno al giovane protostella IRAS 4A2 nella nube molecolare di Perseus, a circa 1.000 anni luce dalla Terra.

“Entrambi i risultati sottolineano quanto siano importanti le misurazioni spettroscopiche ad alte prestazioni come quelle di COMPASS con ALMA per rilevare fenomeni chimici rari e precedentemente sconosciuti”, afferma Drozdovskaya. “Mostrano quanto ci resta ancora da imparare sui processi chimici nei giovani sistemi protostellari.”

COMPASS è uno dei soli quattro Grandi Programmi selezionati nel 2022 tra circa 40 proposte di questo tipo per ALMA in quell’anno.

Per catalogare sistematicamente la composizione chimica delle protostelle, sono state necessarie oltre 100 ore di osservazione con il telescopio ALMA.

“Il tasso di successo è stato del 10% – quindi siamo ancora più soddisfatti che il nostro progetto sia stato selezionato. Dopotutto, il tempo di osservazione ad ALMA è altamente competitivo,” afferma Drozdovskaya.

L’analisi dell’intero dataset COMPASS è in corso; Ora, tutte le molecole rilevate in tutti gli undici protostelle sono oggetto di studi sistematici.

“L’analisi di tutti i dati raccolti richiederà ancora diversi anni”, afferma Drozdovskaya. Inoltre, sono in corso programmi di follow-up e supplementari in altre strutture, incluso il James Webb Space Telescope (JWST). “Il nostro lavoro fornisce una comprensione della complessa chimica dei giovani sistemi stellari ed è in definitiva un elemento importante del puzzle per comprendere l’origine della vita”, conclude Drozdovskaya.