Comienza una nueva era para la astroquímica gracias a ALMA

20 septiembre, 2012

Al combinar las funcionalidades revolucionarias del telescopio ALMA con las técnicas de laboratorio más recientes, los científicos están protagonizando el advenimiento de una nueva era que permitirá descifrar la química del Universo. Un equipo de investigación reveló los hallazgos realizados usando datos recabados por ALMA durante observaciones del gas presente en una zona de formación estelar de la constelación de Orión.

Gracias a la moderna tecnología del telescopio y del laboratorio, los científicos pudieron mejorar y acelerar considerablemente el proceso de identificación de las “huellas” químicas existentes en el cosmos, lo que ha permitido realizar estudios hasta ahora imposibles o que tomaban demasiado tiempo para ser viables.

“Hemos demostrado que, con ALMA, vamos a poder hacer análisis químicos reales de las ‘incubadoras’ gaseosas donde se forman los nuevos planetas y estrellas, sin muchas de las limitaciones que teníamos hasta ahora”, afirmó Anthony Remijan, del Observatorio Radio Astronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés), en Charlottesville.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) se está construyendo en el desierto de Atacama, en el norte de Chile, a 5.000 metros de altitud. Una vez terminado, en 2013, sus 66 antenas de alta precisión y sus componentes electrónicos de vanguardia proporcionarán a los científicos una capacidad sin precedentes para explorar el Universo en el espectro de luz que existe entre las longitudes de ondas de radio más largas y las infrarrojas.

Esas longitudes de onda son particularmente ricas en información sobre la presencia de moléculas específicas en el cosmos. Se han descubierto más de 170 moléculas en el espacio, incluidas moléculas orgánicas de azúcar y alcohol, cuya presencia es común en las nubes gigantes de gas y polvo donde se forman los nuevos planetas y estrellas. “Sabemos que muchos de los precursores químicos de la vida están presentes en estas incubadoras estelares incluso antes de que se formen los planetas”, sostiene Thomas Wilson, del Laboratorio de Investigación Naval, en Washington D.C.

Las moléculas presentes en el espacio rotan y vibran, y cada una tiene condiciones particulares de rotación y vibración. Cada vez que una de estas condiciones cambia en una molécula, se produce una absorción o emisión de una determinada cantidad de energía, muchas veces bajo la forma de ondas de radio de longitudes bien específicas. Cada molécula presenta un patrón único de longitudes de onda que emite o absorbe, y ese patrón sirve como una huella que permite identificar la molécula.

Los científicos llaman líneas espectrales a las longitudes de onda individuales producidas por cada componente químico. En laboratorio se puede medir la longitud de onda exacta de cada línea, pero es un proceso engorroso y complicado. Ahora bien, sin estas mediciones ha sido muy difícil identificar muchas de las líneas detectadas en las observaciones astronómicas, sin contar el hecho de que el patrón de líneas de una molécula determinada cambia en función de su temperatura.

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Patrón de una emisión de radio de la molécula cianuro etílico (CH3CH2CN) a numerosas frecuencias – Leer más.

El gran salto se dio gracias a la nueva tecnología que permite a los científicos recabar y analizar una gran cantidad de longitudes de onda de una sola vez gracias a ALMA y el trabajo en laboratorio.

“Ahora podemos tomar una muestra de un químico, someterla a pruebas de laboratorio y obtener un diagrama con todas sus líneas características para una amplia gama de longitudes de onda. Así obtenemos toda la información de una sola vez”, explica Frank DeLucia, de la Universidad Estatal de Ohio (OSU, en su sigla en inglés). “Así podemos elaborar modelos de las características de todas las líneas de un químico a diferentes temperaturas”, agrega.

Los científicos luego compararon los nuevos datos de algunas moléculas obtenidos en el laboratorio de OSU, con los patrones elaborados gracias a observación con ALMA de la zona de formación estelar.

“La correspondencia fue asombrosa”, celebra Sarah Fortman, también de OSU. “Líneas espectrales que llevaban años sin ser identificadas de pronto calzaron a la perfección con nuestros datos de laboratorio, confirmaron la existencia de moléculas específicas y nos proporcionaron una nueva herramienta para abordar los complejos espectros de distintas zonas de nuestra galaxia”, agrega. Las primeras pruebas se hicieron con cianuro etílico (CH3CH2CN), pues su presencia en el espacio ya era bien conocida y, por lo tanto, constituía un testigo perfecto para probar este nuevo método de análisis.

“Antes había tantas líneas sin identificar que las llamábamos ‘malezas’, y no hacían más que confundir nuestro análisis. Ahora esas ‘malezas’ son pistas valiosas que no solo permiten comprender qué químicos están presentes en estas nubes de gas cósmicas, sino que también proporcionan información importante sobre las características de estas nubes”, explica DeLucia.

“Este es el inicio de una nueva era para la astroquímica”, asegura Suzanna Randall, quien se desempeña en la sede de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO) en Garching, Alemania. “Estas nuevas técnicas revolucionarán nuestra comprensión de las fascinantes incubadoras donde se forman los nuevos planetas y estrellas”, agrega.

Estas nuevas técnicas, según Remijan, pueden adaptarse a otros telescopios, como el gigantesco Green Bank Telescope de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) de Estados Unidos en West Virginia, y también pueden utilizarse en laboratorios como el de la Universidad de Virginia. “Esto cambiará la forma en que trabajan los astroquímicos”, sentencia Remijan.

Randall, Remijan, Fortman, Wilson y DeLucia trabajaron con McMillan y Christopher Neese, de la Universidad Estatal de Ohio. Los científicos publicarán los resultados de su investigación en el Journal of Molecular Spectroscopy.

ALMA, una instalación astronómica internacional, es una asociación entre Europa, Norteamérica y Asia del Este, en colaboración con la República de Chile. La construcción y las operaciones de ALMA son dirigidas en nombre de Europa por ESO, en nombre de Norteamérica por el Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO) y en nombre de Asia del Este por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, como también la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Contactos:

William Garnier
Education and Public Outreach Officer, Joint ALMA Observatory
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2467 6119
Email: wgarnier@alma.cl

Dave Finley
Public Information Officer
Socorro, NM, United States
(1-575) 835-7302
Email: dfinley@nrao.edu

Douglas Pierce-Price
Public Information Officer, ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6759
Email: dpiercep@eso.org

Masaaki Hiramatsu
Education and Public Outreach Officer, NAOJ Chile Observatory
Tokio, Japan
Tel: +81 422 34 3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp