E’ ormai noto che la maggior parte del carbonio nello spazio esista sotto forma di grandi molecole chiamate idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Dagli anni ’80, prove circostanziali hanno indicato la presenza di queste molecole nello spazio, sebbene non fossero state osservate direttamente.
Un team di ricercatori guidato dal professor Brett McGuire, ha identificato due IPA distintivi in una zona di spazio chiamata Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Si credeva che gli IPA si formassero in modo efficiente solo ad alte temperature. Sulla Terra, infatti, si trovano come sottoprodotti della combustione di combustibili fossili e anche nei segni di carbone sui cibi grigliati. La nube interstellare che contiene gli IPA, non ha ancora iniziato a formare le stelle e la sua temperatura è di circa 10 gradi sopra lo zero assoluto.
Questa scoperta suggerisce che queste molecole possono formarsi a temperature molto più basse del previsto. Ciò potrebbe portare gli scienziati a ripensare le loro ipotesi sul ruolo della chimica degli IPA nella formazione di stelle e pianeti.
“Ciò che rende il rilevamento così importante è che non solo abbiamo confermato un’ipotesi che dura da 30 anni, ma ora possiamo studiare tutte le altre molecole in questa unica fonte e chiederci come reagiscono per formare gli IPA che stiamo osservando“, afferma McGuire.
Michael McCarthy, direttore associato dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, è un altro autore senior dello studio pubblicato su Science. Il team di ricerca comprende anche scienziati dell’Università della Virginia, del National Radio Astronomy Observatory e del Goddard Space Flight Center della NASA.
Segnali distintivi
A partire dagli anni ’80, gli astronomi hanno utilizzato i telescopi per rilevare segnali infrarossi che suggerissero la presenza di molecole aromatiche, che tipicamente includono uno o più anelli di carbonio. Si ritiene che circa il 10-25% del carbonio nello spazio si trovi negli IPA, ma i segnali infrarossi non erano abbastanza all’avanguardia da identificare molecole specifiche.
“Ciò significa che non potevamo studiare i meccanismi chimici di come si siano formate le molecole, di come reagiscano tra loro o con altre molecole”, afferma McGuire.
Sebbene la radioastronomia sia stata importante per la scoperta molecolare nello spazio sin dagli anni ’60, i radiotelescopi, abbastanza potenti da rilevare queste grandi molecole, esistono solo da poco più di un decennio. Questi telescopi possono captare gli spettri rotazionali delle molecole, che sono modelli distintivi di luce che le molecole emanano mentre rotolano nello spazio.
“Una volta ottenuta la corrispondenza dello schema, sappiamo che non esistono altre molecole che potrebbero emanare quello stesso spettro. Inoltre, l’intensità delle linee e la forza relativa dei diversi pezzi dello schema, ci danno informazioni sulla molecola, su quanto sia calda o fredda“, spiega McGuire.
McGuire e i suoi colleghi stanno studiando TMC-1 da diversi anni, perché precedenti osservazioni hanno rivelato che questo è ricco di molecole di carbonio complesse. Un membro del gruppo di ricerca ha osservato che la nuvola contenesse benzonitrile, un anello di sei atomi di carbonio attaccato a un gruppo nitrile.
I ricercatori hanno quindi utilizzato il Green Bank Telescope, il più grande radiotelescopio orientabile al mondo, per confermare la presenza di benzonitrile. Nei loro dati, hanno anche trovato tracce di altre due molecole. Si tratta degli IPA riportati in questo studio. Quelle molecole, chiamate 1-cyanonaphthalene e 2-cyanonaphthalene, sono costituite da due anelli benzenici fusi insieme, con un gruppo nitrile attaccato a un anello.
Chimica del carbonio
“Il rilevamento di queste molecole è un grande passo avanti in astrochimica. Stiamo iniziando a collegare i punti tra piccole molecole, come il benzonitrile agli IPA monolitici“, afferma Kelvin Lee del MIT.
Trovare queste molecole nel freddo TMC-1 senza stelle, suggerisce che gli IPA non sono solo i sottoprodotti delle stelle morenti, ma possono essere assemblati da molecole più piccole.
“Nel luogo in cui li abbiamo trovati, non c’è nessuna stella, quindi o sono stati “costruiti” sul posto o sono gli avanzi di una stella morta“, spiega McGuire. “Pensiamo che probabilmente sia una combinazione delle due ipotesi”.
Credit: M. Weiss / Center for Astrophysics |
Harvard e Smithsonian
“Il carbonio è importante per la formazione dei pianeti, quindi il suggerimento che gli IPA possano essere presenti anche in regioni fredde e senza stelle dello spazio, potrebbe spingere gli scienziati a ripensare le loro teorie su quali sostanze chimiche siano disponibili durante la formazione dei pianeti”, afferma McGuire.
Quando gli IPA reagiscono con altre molecole, possono iniziare a formare grani di polvere interstellare, che sono i semi di asteroidi e pianeti.
Il team ha ora in programma di indagare ulteriormente su come si siano formati questi IPA e quali tipi di reazioni possano subire nello spazio. Hanno anche in programma di continuare la scansione di TMC-1 con il potente Green Bank Telescope.
“Dobbiamo continuare a vedere quali molecole sono presenti in questa fonte interstellare, perché più sappiamo e più possiamo iniziare a provare a collegare i pezzi di questa rete di reazione“, conclude McGuire.
