ALMA detecta ingredientes para la vida alrededor de estrellas jóvenes de tipo solar

8 junio, 2017

Dos equipos de astrónomos han utilizado el poder del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, para detectar isocianato de metilo [1], una molécula orgánica compleja prebiótica, en el sistema estelar múltiple IRAS 16293-2422. Un equipo está codirigido por Rafael Martín-Doménech, del Centro de Astrobiología en Madrid (España) y Víctor M. Rivilla, del INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, en Florencia (Italia); y el otro por Niels Ligterink, del Observatorio de Leiden (Países Bajos) y Audrey Coutens, del University College London (Reino Unido). Es la primera vez que se detecta esta molécula prebiótica en protoestrellas de tipo solar, el tipo de estrella a partir de la cual evolucionó nuestro Sistema Solar. El descubrimiento podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo surgió la vida en la Tierra.

“¡Este sistema sigue sorprendiéndonos! Tras el descubrimiento de los azúcares, ahora hemos encontrado isocianato de metilo. Esta familia de moléculas orgánicas está implicada en la síntesis de péptidos y aminoácidos, que, en forma de proteínas, son la base biológica para la vida tal y como la conocemos”, explican Niels Ligterink y Audrey Coutens [2].

Las capacidades de ALMA permitieron a ambos equipos observar la molécula en varias longitudes de onda diferentes y definidas a lo largo de todo el espectro de ondas de radio [3]. Los astrónomos encontraron las huellas químicas distintivas de esta molécula en las cálidas y densas regiones interiores de la envoltura de polvo y gas que rodea a las estrellas jóvenes en sus primeras etapas de evolución. Cada equipo identificó y aisló las firmas del isocianato de metilo, esta molécula orgánica compleja [4]. Luego continuaron el desarrollo de la investigación con modelos químicos computacionales y experimentos de laboratorio para refinar nuestro entendimiento del origen de la molécula [5].


ALMA ha observado estrellas como el Sol en una etapa muy temprana de su formación y ha descubierto rastros de isocianato de metilo, un elemento químico básico para la vida. Es la primera vez que se detecta esta molécula prebiótica en protoestrellas de tipo solar, el tipo de estrella a partir de la cual evolucionó nuestro Sistema Solar. El descubrimiento podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo surgió la vida en la Tierra. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2/L. Calçada. | Descargar imagen

IRAS 16293-2422 es un sistema múltiple de estrellas muy jóvenes que se encuentra a unos 400 años luz de distancia, en una gran región de formación estelar llamada Ro Ofiuco en la constelación de Ofiuco (el Portador de la Serpiente). Los nuevos resultados de ALMA muestran que el gas de isocianato de metilo rodea a cada una de estas estrellas jóvenes.

La Tierra y los demás planetas de nuestro Sistema Solar se formaron a partir del material que sobró tras la formación del Sol. Por tanto, estudiar protoestrellas de tipo solar, puede ayudar a los astrónomos a comprender el pasado, permitiéndoles observar condiciones similares a las que condujeron a la formación de nuestro Sistema Solar hace más de 4.500 millones de años.


Esta ilustración nos da una idea muy detallada sobre el aspecto que deben tener estas moléculas prebióticas en protoestrellas de tipo solar, a partir de la cual evolucionó nuestro Sistema Solar. El descubrimiento podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo surgió la vida en la Tierra. Crédito: ESO/L. Calçada. | Descargar imagen

Rafael Martín-Doménech y Víctor M. Rivilla, autores principales de uno de los artículos, comentan: “Estamos especialmente emocionados con el resultado porque estas protoestrellas son muy similares al Sol al principio de su vida, con las condiciones adecuadas para que se formen planetas del tamaño de la Tierra. Ahora, con el descubrimiento de moléculas prebióticas en este estudio, contamos con otra pieza del rompecabezas que nos ayudará a comprender cómo surgió la vida en nuestro planeta”.


Este mapa muestra la ubicación de la región de formación estelar Rho Ophiuchi en la constelación de Ofiuco (El Portador de la Serpiente). La estrella Rho Ophiuchi, que da nombre a la región, está señalada con la letra griega rho (ρ). La posición de IRAS 16293-2422, una joven estrella binaria con masa similar a la del Sol, está marcada en rojo. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope. | Descargar imagen

Niels Ligterink está encantado con los resultados de laboratorio que apoyan este trabajo: “Además de detectar moléculas, también queremos entender cómo se forman. Nuestros experimentos de laboratorio muestran que, en efecto, el isocianato de metilo puede formarse sobre partículas heladas bajo condiciones muy frías, similares a las del espacio interestelar. Esto implica que es muy probable que esta molécula y, por tanto, la base para los enlaces peptídicos, esté presente cerca de la mayor parte de las estrellas jóvenes de tipo solar”.


Esta imagen de amplio campo muestra una espectacular zona de nubes oscuras y brillantes que forman parte de una región de formación estelar en la gran constelación de Ofiuco (el Portador de la Serpiente). Esta fotografía fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Agradeciemientos: Davide De Martin. | Descargar imagen

Notas

[1] En astroquímica, una molécula orgánica compleja se define como formada por seis o más átomos, siendo al menos uno de los átomos de carbono. El isocianato de metilo contiene átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno en la configuración química CH3NCO. Esta sustancia, altamente tóxica, fue la causa principal de muerte tras el trágico accidente industrial de Bhopal en 1984.

[2] El sistema fue estudiado previamente por ALMA en 2012, descubriendo que contiene glicoaldehído (la molécula más simple relacionada con el azúcar), otro ingrediente para la vida.

[3] El equipo dirigido por Rafael Martín-Doménech utilizó tanto datos nuevos como datos de archivo de la protoestrella, obtenidos en una amplia gama de longitudes de onda con los receptores de las bandas 3, 4 y 6 de ALMA. Niels Ligterink y sus colegas utilizaron datos del sondeo PILS (Protostellar Interferometric Line Survey) de ALMA, que tiene como objetivo trazar la complejidad química de IRAS 16293-2422 obteniendo imágenes de todo el rango de longitud de onda que cubre la banda 7 de ALMA a muy pequeñas escalas, equivalentes al tamaño de nuestro Sistema Solar.

[4] Los equipos llevaron a cabo el análisis espectrográfico de la luz de la protoestrella para determinar los componentes químicos. La cantidad de isocianato de metilo que detectaron — la abundancia — con respecto al hidrógeno molecular y otros trazadores es comparable a las detecciones anteriores alrededor de dos protoestrellas de alta masa (es decir, dentro de los núcleos moleculares calientes masivos de Orión KL y Sagitario B2 norte).

[5] El equipo de Martín-Doménech modeló la química gas-grano de la formación del isocianato de metilo. La cantidad de moléculas observada podría explicarse por la química en la superficie de los granos de polvo en el espacio, seguida por las reacciones químicas en fase gaseosa. Por otra parte, el equipo de Ligterink demostró que la molécula puede formarse a temperaturas interestelares extremadamente frías, hasta 15 Kelvin (-258 °C), utilizando experimentos criogénicos de ultra alto vacío en su laboratorio de Leiden.

Información adicional

Este trabajo se ha presentado en dos artículos científicos: “First Detection of Methyl Isocyanate (CH3NCO) in a solar-type Protostar”, por R. Martín-Doménech et al., y “The ALMA-PILS survey: Detection of CH3NCO toward the low-mass protostar IRAS 16293-2422 and laboratory constraints on its formation”, por N. F. W. Ligterink et al. Ambos artículos aparecen en el mismo número de la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Un equipo está formado por: R. Martín-Doménech (Centro de Astrobiología, España); V. M. Rivilla (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia); I. Jiménez-Serra (Universidad Queen Mary de Londres, Reino Unido); D. Quénard (Universidad Queen Mary de Londres, Reino Unido); L. Testi (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia; ESO, Garching, Alemania; Grupo de Excelencia “Universe”, Alemania) y J. Martín-Pintado (Centro de Astrobiología, España).

El otro equipo está formado por: N. F. W. Ligterink (Laboratorio Sackler de Astrofísica, Observatorio de Leiden, Países Bajos); A. Coutens (University College de Londres, Reino Unido); V. Kofman (Laboratorio Sackler de Astrofísica, Países Bajos); H. S. P. Müller (Universidad de Colonia, Alemania); R. T. Garrod (Universidad de Virginia, EE.UU.); H. Calcutt (Instituto Niels Bohr & Museo de Historia Natural, Dinamarca); S. F. Wampfler (Centro para el Estudio del Espacio y la Habitabilidad, Suiza); J. K. Jørgensen (Instituto Niels Bohr & Museo de Historia Natural, Dinamarca); H. Linnartz (Laboratorio Sackler de Astrofísica, Países Bajos); y E. F. van Dishoeck (Observatorio de Leiden, Países Bajos; Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania).

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.