Gran Nube de Magallanes contiene moléculas orgánicas sorprendentemente complejas

30 enero, 2018

Artículo Científico

La galaxia enana conocida como Gran Nube de Magallanes, no muy distante de nosotros, es un lugar primitivo desde el punto de vista químico. A diferencia de la Vía Láctea, este grupo semiespiral compuesto de decenas de miles de millones de estrellas no tiene grandes cantidades de elementos pesados como carbono, oxígeno y nitrógeno. Ante esa escasez de elementos pesados, los astrónomos habían predicho que la Gran Nube de Magallanes contendría pocas moléculas complejas a base de carbono, y su teoría era avalada por las observaciones realizadas hasta entonces.

Sin embargo, las nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) revelaron “huellas” químicas sorprendentemente claras de moléculas orgánicas complejas como el metanol, el éter dimetílico y el formiato de metilo. Aunque ya se habían encontrado rastros de metanol en observaciones anteriores, es la primera vez que se detectan las otras dos moléculas, que pasaron a ser las moléculas más complejas encontradas a la fecha fuera de nuestra galaxia.

Los astrónomos observaron el tenue “brillo” de estas moléculas en longitudes de onda milimétricas emanando de dos densos embriones estelares dentro de la Gran Nube de Magallanes, conocidos como núcleos calientes. Estos hallazgos podrían echar nuevas luces sobre la formación de moléculas orgánicas similares cuando el Universo era joven.

“Aunque la Gran Nube de Magallanes es uno de nuestros vecinos galácticos más cercanos, sospechábamos que presentaba algunas similitudes extrañas con galaxias jóvenes y distantes del Universo primitivo”, explica Marta Sewilo, astrónoma del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Maryland, y autora principal de un artículo que se publicará en The Astrophysical Journal.

Los astrónomos llaman a esta escasez de elementos pesados baja metalicidad. Para que una galaxia se llene de elementos pesados se necesitan varias generaciones de nacimientos y muertes estelares, con supernovas e hipernovas (colisiones de estrellas de neutrones) que arrojan estos elementos al espacio interestelar. Dentro de las nubes interestelares de polvo y gas, estos elementos se unen para formar una amplia gama de elementos que dan nacimiento a la siguiente generación de estrellas y se convierten en los componentes básicos de los nuevos planetas.

“Las galaxias primordiales simplemente no tuvieron tiempo para enriquecerse tanto en elementos químicos”, afirma Sewilo. “Y las galaxias enanas como la Gran Nube de Magallanes probablemente mantuvieron ese aspecto joven debido a su masa relativamente baja, que reduce drásticamente la tasa de formación estelar”.

“Gracias a su baja metalicidad, la Gran Nube de Magallanes nos abre una ventana hacia estas galaxias adolecentes”, celebra Remy Indebetouw, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, en Charlottesville (Virginia), y coautor del estudio. “Los estudios sobre formación estelar en la Gran Nube de Magallanes son fundamentales para entender los procesos de formación estelar en el Universo primitivo”.

Los astrónomos centraron su investigación en la incubadora de estrellas N113 situada dentro de la Gran Nube de Magallanes. Esta es una de las zonas más masivas y gaseosas de la galaxia. Las observaciones realizadas anteriormente con el telescopio espacial Spitzer de la NASA y el observatorio espacial Herschel de la ESA habían revelado una sorprendente concentración de objetos estelares jóvenes: protoestrellas que han apenas comenzado a calentar sus incubadoras estelares, dotándolas de un intenso brillo infrarrojo. Al menos una parte de este proceso de formación estelar es causado por un efecto dominó, donde el surgimiento de estrellas masivas desata la formación de otras estrellas en la misma zona.

Sewilo y sus colegas usaron ALMA para estudiar varios objetos estelares jóvenes en esta área con el fin de entender mejor su composición química y su comportamiento dinámico. Los sorprendentes datos de ALMA revelaron huellas espectrales de éter dimetílico y formiato de metilo, dos moléculas que nunca se habían detectado antes tan lejos de la Tierra.

Las moléculas orgánicas complejas (las que tienen seis o más átomos, incluido el carbono) son algunos de los componentes básicos de moléculas consideradas esenciales para la existencia de la vida en la Tierra y, posiblemente, en el resto del Universo. Aunque es un compuesto relativamente simple comparado con otras moléculas orgánicas, el metanol es imprescindible en la formación de moléculas orgánicas más complejas, como las que ALMA observó recientemente.

Gracias a ALMA, los astrónomos descubrieron "huellas" químicas de metanol, éter dimetílico y formiato de metilo en la Gran Nube de Magallanes. El éter dimetílico y el formiato de metilo son las moléculas orgánicas más grandes descubiertas con seguridad fuera de la Vía Láctea. La imagen de la Gran Nube de Magallanes en varios cuadros muestra las zonas protoestelares observadas por ALMA. La galaxia entera a la izquierda es una imagen en infrarrojo lejano obtenida por el observatorio Herschel. La imagen ampliada se generó combinando datos de infrarrojo medio del observatorio Herschel y datos de luz visible (H-alpha) del telescopio de Blanco, un telescopio de 4 metros. Créditos: NASA/GSFC; NRAO/AUI/NSF; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Herschel/ESA; NOAO

Gracias a ALMA, los astrónomos descubrieron “huellas” químicas de metanol, éter dimetílico y formiato de metilo en la Gran Nube de Magallanes. El éter dimetílico y el formiato de metilo son las moléculas orgánicas más grandes descubiertas con seguridad fuera de la Vía Láctea. La imagen de la Gran Nube de Magallanes en varios cuadros muestra las zonas protoestelares observadas por ALMA. La galaxia entera a la izquierda es una imagen en infrarrojo lejano obtenida por el observatorio Herschel. La imagen ampliada se generó combinando datos de infrarrojo medio del observatorio Herschel y datos de luz visible (H-alpha) del telescopio de Blanco, un telescopio de 4 metros. Créditos: NASA/GSFC; NRAO/AUI/NSF; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Herschel/ESA; NOAO

Si estas moléculas pueden formarse fácilmente alrededor de las protoestrellas, es probable que perduren y terminen formando parte de los discos protoplanetarios de los jóvenes sistemas estelares. Se cree que estas moléculas llegaron a la Tierra en cometas y meteoritos y contribuyeron a la aparición de la vida.

Los astrónomos creen que, como las moléculas orgánicas complejas pueden formarse en entornos químicos primitivos como la Gran Nube de Magallanes, es posible que las condiciones químicas necesarias para la vida hayan surgido relativamente temprano en la historia del Universo.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo titulado “The detection of hot cores and complex organic molecules in the Large Magellanic Cloud,” [“Detección de núcleos calientes y moléculas orgánicas complejas en la Gran Nube de Magallanes”] de M. Sewiło, et al., publicada en el Astrophysical Journal Letters.

El equipo de investigación estuvo compuesto por Marta Sewilo [1], Remy Indebetouw [2, 3], Steven B. Charnley [1], Sarolta Zahorecz [4, 5], Joana M. Oliveira [6], Jacco Th. van Loon [6], Jacob L. Ward [7], C.-H. Rosie Chen [8], Jennifer Wiseman [1], Yasuo Fukui [9], Akiko Kawamura [10], Margaret Meixner [11], Toshikazu Onishi [4], and Peter Schilke [12].

[1] NASA Postdoctoral Program Fellow, NASA Goddard Space Flight Center, 8800 Greenbelt Rd, Greenbelt, MD 20771, EE.UU.
[2] Department of Astronomy, University of Virginia, PO Box 400325, Charlottesville, VA 22904, EE.UU.
[3] National Radio Astronomy Observatory, 520 Edgemont Rd, Charlottesville, VA 22903, EE.UU.
[4] Department of Physical Science, Graduate School of Science, Osaka Prefecture University, 1-1 Gakuen-cho, Naka-ku, Sakai, Osaka, 599-8531, Japón
[5] Chile Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Science, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo, 181-8588, Japón
[6] Lennard-Jones Laboratories, Keele University, ST5 5BG, Reino Unido
[7] Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Mönchhofstr. 12-14, 69120 Heidelberg, Alemania
[8] Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel, 69 D-53121 Bonn, Alemania
[9] School of Science, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8602, Japón
[10] National Astronomical Observatory of Japan, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo 181-8588, Japón
[11] Space Telescope Science Institute, 3700 San Martin Drive, Baltimore, MD 21218, EE.UU.
[12] I. Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Zülpicher Str. 77, 50937, Köln, 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 Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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.