ALMA confirma química compleja en atmósfera de Titán: luna de Saturno permite vislumbrar albores de la Tierra

28 julio, 2017

La helada luna de Saturno, Titán, tiene una atmósfera curiosa. Además de una brumosa mezcla de nitrógeno e hidrocarburos como el metano y el etano, también produce una serie de moléculas orgánicas más complejas, como el cianuro de vinilo, que los astrónomos descubrieron hace poco analizando datos de archivo de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). En las condiciones adecuadas, como las que se observaron en la superficie de Titán, el cianuro de vinilo puede aglomerarse naturalmente para formar diminutas esferas similares a las membranas celulares.

Titán es la luna más grande de Saturno y es uno de los cuerpos más intrigantes de nuestro Sistema Solar por su similitud a la Tierra. Es casi tan grande como Marte y tiene una atmósfera brumosa hecha principalmente de nitrógeno, con una pizca de moléculas orgánicas de carbono como el metano (CH4) y el etano (C2H6). Los científicos especializados en planetas sostienen que esta composición química es similar a la atmósfera primordial de la Tierra, tal como era antes, hace más de 4.000 millones de años.

Sin embargo, las condiciones de Titán no favorecen la aparición de la vida como la conocemos, puesto que es un astro demasiado frío. Al encontrarse diez veces más lejos del Sol que la Tierra, Titán es tan frío que llueve metano líquido en su superficie helada, donde se forman ríos, lagos y océanos.

Así y todo, estos mares de hidrocarburos podrían crear un ambiente único que propiciaría la unión de moléculas de cianuro de vinilo (C2H3CN) y la formación de membranas, similares a las membranas celulares formadas por lípidos que se encuentran en los organismos vivos de la Tierra.

A partir de datos de archivos de ALMA correspondientes a observaciones realizadas entre febrero y mayo de 2014, un grupo de astrónomos encontró indicios fehacientes de que hay moléculas de cianuro de vinilo en cantidades considerables en Titán.

La presencia de cianuro de vinilo en un ambiente con metano líquido nos pone ante la intrigante posibilidad de que se produzcan procesos químicos análogos a aquellos que son importantes para la existencia de la vida en la Tierra”, explica Maureen Palmer, investigadora del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt (Maryland, EE. UU.), y autora principal de un artículo publicado en Science Advances.

Aunque ya se habían encontrado indicios de la presencia de cianuro de vinilo en Titán a partir de estudios realizados por la sonda Cassini de la NASA y de simulaciones de su atmósfera hechas en laboratorio, recién con ALMA se pudo confirmar el hallazgo.

En los datos de archivo, Palmer y sus colegas encontraron tres señales claras (o repuntes en el espectro de ondas milimétricas) correspondientes al cianuro de vinilo. Estas huellas espectroscópicas se generaron como mínimo a 200 kilómetros de la superficie de Titán.

La atmósfera de Titán es una verdadera fábrica química que aprovecha la luz del Sol y la energía de partículas que se desplazan a gran velocidad alrededor de Saturno para convertir moléculas orgánicas simples en sustancias químicas más grandes y complejas.

A medida que entendemos mejor la composición química de Titán, se vuelve cada vez más evidente que las moléculas complejas surgen naturalmente en ambientes similares al que había en la Tierra cuando era joven, aunque hay diferencias importantes”, afirma Martin Cordiner, también del Goddard Space Flight Center de la NASA y coautor del artículo.

Por ejemplo, Titán es mucho más fría de lo que ha sido la Tierra en toda su existencia. Su temperatura promedio es de 95 grados Kelvin (-290º Fahrenheit), con lo cual el agua presente en su superficie está siempre congelada. Los datos geológicos también indican que, al principio, la Tierra tenía altas concentraciones de dióxido de carbono (CO2), cosa que no se observa en Titán. Por otro lado, la superficie rocosa de la Tierra también era muy turbulenta, con mucha actividad volcánica e impactos de asteroides que habrían incidido en la evolución de nuestra atmósfera. En comparación, la costra helada de Titán parece ser muy calma.

Datos de archivo de ALMA confirmaron que en la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno, hay moléculas de cianuro de vinilo. En un ambiente de metano líquido, el cianuro de vinilo puede formar membranas.

Seguimos usando ALMA para observar la atmósfera de Titán”, concluye Conor Nixon, coautor de este estudio y también del Goddard Space Flight Center de la NASA. “Estamos buscando compuestos orgánicos más complejos y estudiando los patrones de circulación atmosférica de este satélite. En el futuro, con nuevas observaciones de alta resolución entenderemos mejor este intrigante mundo y quizás sepamos más sobre el potencial prebiótico de la composición química de Titán”.

Información adicional

Estos resultados se recogen en un artículo titulado “ALMA detection and astrobiological potential of vinyl cyanide on Titan” (‘ALMA detecta cianuro de vinilo en Titán y estudia su potencial astrobiológico’), de M. Palmer et al., que se publicará en la revista Science Advances.

Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. a través de la beca AST-1616306 y por el Programa de Astrobiología de la NASA a través de una beca del Goddard Center for Astrobiology, que forma parte del NASA Astrobiology Institute.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.