ALMA y Rosetta detectan compuestos organohalogenados en dos lugares distantes del espacio

2 octubre, 2017

Gracias a observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y la misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA), se detectó una tenue huella molecular de gas de clorometano (un compuesto químico producido en procesos biológicos industriales en la Tierra) alrededor de una joven estrella y de un cometa.  El clorometano (CH3Cl), también conocido como freón 40, forma parte del grupo de moléculas llamadas organohalogenadas, que en la Tierra se forman mediante procesos orgánicos. Esta es la primera vez que se detecta este tipo de molécula en el espacio interestelar, un hallazgo que echó por tierra la esperanza de que estas moléculas indicaran la presencia de vida en otros planetas.

De hecho, el hallazgo demuestra que estas moléculas no son el indicio que esperaban los astrobiólogos, quienes habían sugerido buscar clorometano en las atmósferas de otros planetas para buscar vida. Aun así, estas moléculas podrían ser componentes importantes del material a partir del cual se forman los planetas. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, pone de manifiesto la dificultad de encontrar moléculas que demuestren la existencia de vida fuera de la Tierra.

El compuesto organohalogenado clorometano descubierto por ALMA alrededor de estrellas jóvenes en IRAS 16293-2422. Se encontraron los mismos compuestos orgánicos en la delgada atmósfera de 67P/C-G usando la sonda espacial Rosetta. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

El compuesto organohalogenado clorometano descubierto por ALMA alrededor de estrellas jóvenes en IRAS 16293-2422. Se encontraron los mismos compuestos orgánicos en la delgada atmósfera de 67P/C-G usando la sonda espacial Rosetta. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

Con datos obtenidos por ALMA, en Chile, y por el instrumento ROSINA instalado en la sonda Rosetta de la ESA, un equipo de astrónomos encontró tenues rastros de clorometano alrededor del joven sistema solar IRAS 16293-2422 [1], ubicado a 400 años luz de nosotros, así como del famoso cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G), que se encuentra en nuestro propio Sistema Solar. Esta es la primera vez que se detecta una molécula organohalogenada en el espacio interestelar [2].

Se trata de halógenos, como el cloro y el flúor, combinados con carbono y a veces otros elementos. En la Tierra, estos compuestos son producidos por algunos procesos biológicos, en organismos que van desde los humanos hasta los hongos, así como en procesos industriales, como por ejemplo en la fabricación de tinturas y remedios [3].

El hallazgo de uno de estos compuestos, el clorometano, en lugares anteriores a la aparición de la vida puede ser motivo de decepción, puesto que en estudios anteriores se había señalado que estas moléculas podrían delatar la presencia de vida.

Ubicación aproximada del cometa 67P/C-G cuando Rosetta descubrió trazas de clorometano -- las mismas moléculas detectadas por ALMA alrededor de la region de formación estelar IRAS 16293-2422. Crédito: NRAO/AUI/NSF.

Ubicación aproximada del cometa 67P/C-G cuando Rosetta descubrió trazas de clorometano — las mismas moléculas detectadas por ALMA alrededor de la region de formación estelar IRAS 16293-2422. Crédito: NRAO/AUI/NSF.

“Encontar el compuesto organohalogenado freón 40 cerca de estas estrellas jovenes similares al Sol fue una sorpresa”, afirma Edith Fayolle, investigadora del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge (Massachusetts, EE. UU.) y autora principal del artículo. “Simplemente no predijimos su formación, y nos sorprendió encontrarlo en concentraciones tan elevadas. Ahora está claro que estas moléculas se forman en incubadoras de estrellas, y esto nos proporciona información sobre la evolución química de los sistemas planetarios, incluso el nuestro”.

La investigación de exoplanetas ya no se limita a la búsqueda de planetas (hoy ya se conocen más de 3.000), sino que incluye la búsqueda de huellas químicas que indiquen la presencia de vida. Para ello, es fundamental determinar qué moléculas son características, algo que sigue siendo un desafío.

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 | Agradecimiento: Davide De Martin.

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 | Agradecimiento: Davide De Martin.

“El hallazgo de ALMA de compuestos organohalogenados en el medio interestelar también proporciona información sobre las condiciones iniciales de la química orgánica en los planetas. Es un paso importante en la búsqueda de los orígenes de la vida”, afirma Karin Öberg, coautora del estudio. “De acuerdo con nuestro hallazgo, los compuestos organohalogenados parecen ser componentes de la llamada sopa primordial, presente en la Tierra cuando era joven y en los exoplanetas rocosos en formación”.

De este hallazgo se desprende que los astrónomos pueden haber estado equivocados, pues en vez de indicar la presencia de vida, los compuestos organohalogenados pueden ser un elemento importante de los procesos químicos —poco conocidos— que dieron origen a la vida.

El coautor Jes Jørgensen, del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, agrega: “Este resultado demuestra el poder de ALMA para detectar moléculas de interés astrobiológico cerca estrellas jóvenes donde pueden estar formándose planetas. Con ALMA ya habíamos encontrado azúcares simples y precursores de aminoácidos alrededor de distintas estrellas. El hallazgo de freón 40 alrededor del cometa 67P/C-G fortalece el vínculo entre la química prebiológica de las protoestrellas distantes y la de nuestro propio Sistema Solar”.

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.

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.

ALMA puede funcionar como un laboratorio de análisis químico interestelar detectando las débiles señales de radio emitidas naturalmente por moléculas del espacio. Cada molécula tiene una huella característica, que cobra la forma de una serie de puntas en el espectro de radio. Se necesitan instrumentos increíblemente sensibles como ALMA para captar las señales de moléculas como el clorometano. La sonda Rosetta pudo detectarla en la atmósfera del cometa 67P/C-G usando un instrumento incorporado conocido como Espectrómetro del Orbitador Rosetta para el Análisis de Iones y Partículas Neutras (ROSINA, en su sigla en inglés).

“ROSINA pudo capturar algunas de las moléculas presentes alrededor del cometa, separarlas por masa y contarlas con una precisión asombrosa”, explica Kathrin Altwegg, investigadora principal encargada del ROSINA afiliada a la Universidad de Berna (Suiza). “Este instrumento altamente sensible nos permitió detectar una gran cantidad de sustancias químicas alrededor del cometa, incluida la también descubierta por ALMA, lejos de nuestro Sistema Solar”.

El compuesto organohalegenado, clorometano (Freon-40) descubierto por ALMA alrededor de las jóvenes estrellas IRAS 16293-2422. Este mismo compuesto orgánico fue descubierto en la fina atmósfera del cometa 67P/C-G por ROSINA, un instrumento a bordo de la sonda espacial Rosetta de la ESA. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

El compuesto organohalegenado, clorometano (Freon-40) descubierto por ALMA alrededor de las jóvenes estrellas IRAS 16293-2422. Este mismo compuesto orgánico fue descubierto en la fina atmósfera del cometa 67P/C-G por ROSINA, un instrumento a bordo de la sonda espacial Rosetta de la ESA. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

Los astrónomos también compararon las cantidades relativas de freón 40 que contienen diferentes isotopos de carbón en el joven sistema estelar y el cometa, y encontraron concentraciones similares. Estos resultados avalan la teoría de que los sistemas planetarios jóvenes pueden heredar la composición química de su nube incubadora y dejan abierta la posibilidad de que los compuestos organohalogenados lleguen hasta los planetas de sistemas jóvenes durante la formación planetaria y mediante impactos de cometas.

“Nuestros resultados demuestran que queda mucho por aprender sobre la formación de compuestos organohalogenados”, concluye Fayolle. “Sin embargo, surge la siguiente pregunta: ¿cuánto del contenido orgánico del cometa se hereda directamente de las etapas iniciales de formación estelar? Se necesitarán investigaciones sobre compuestos organohalogenados presentes en otras protoestrellas y cometas para aventurar una respuesta.

Molécula en el espacio y cometa

Notas

[1] Esta protoestrella es un sistema estelar binario rodeado de una nube molecular de la incubadora de estrellas Rho Ophiuchi, y es ideal para observar con ALMA en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.

[2] Los datos usados provienen del Estudio de Línea Interferométrica Protoestelar (PILS) de ALMA. El objetivo de este estudio es representar la complejidad química de IRAS 16293-2422 mediante la obtención de imágenes de todo el espectro de longitudes de onda cubierto por ALMA en la ventana atmosférica de 0,8 milímetros a escalas muy pequeñas, equivalentes al tamaño del Sistema Solar.

[3] El freón 40 se usó ampliamente como refrigerante antes de ser prohibido debido a los daños que causaba a la capa de ozono de la Tierra.

Información adicional

Los resultados de esta investigación se consignaron en un artículo titulado “Protostellar and Cometary Detections of Organohalogens” (‘Detecciones de compuestos organohalogenados en protoestrellas y cometas), de E. Fayolle et al., que se publicará el 2 de octubre de 2017 en la revista Nature Astronomy.

El equipo lo conformaron Edith C. Fayolle (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, EE. UU.), Karin I. Öberg (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, EE. UU.), Jes K. Jørgensen (Universidad de Copenhague, Dinamarca), Kathrin Altwegg (Universidad de Berna, Suiza), Hannah Calcutt (Universidad de Copenhague, Dinamarca), Holger S. P. Müller (Universidad de Colonia, Alemania), Martin Rubin (Universidad de Berna, Suiza) Matthijs H. D. van der Wiel (Instituto de Radioastronomía de Países Bajos), Per Bjerkeli (Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), Tyler L. Bourke (Observatorio Jodrell Bank, Reino Unido), Audrey Coutens (University College London, Reino Unido), Ewine F. van Dishoeck( Universidad de Leiden, Países Bajos; Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemania), Maria N. Drozdovskaya (Universidad de Virginia, EE. UU.), Niels F. W. Ligterink (Universidad de Leiden, Países Bajos), Magnus V. Persson (Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), Susanne F. Wampfler (Universidad de Berna, Suiza) y el equipo de ROSINA.

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.