Revelan historia interestelar de uno de los ladrillos para la construcción de la vida

15 enero, 2020

Artículo Científico

El fósforo, presente en nuestro ADN y en nuestras membranas celulares, es un elemento esencial para la vida tal y como la conocemos. Pero aún no sabemos cómo llegó a la Tierra primitiva. Un equipo de astrónomos ha rastreado el viaje del fósforo, desde las regiones de formación de estrellas hasta los cometas, combinando las capacidades de ALMA y de la sonda Rosetta, de la Agencia Espacial Europea. Su investigación muestra, por primera vez, dónde se forman moléculas que contienen fósforo, cómo se transporta este elemento en los cometas, y cómo una molécula en particular puede haber jugado un papel crucial en el inicio de la vida en nuestro planeta.

“La vida apareció en la Tierra hace unos 4.000 millones de años, pero todavía no conocemos los procesos que lo hicieron posible”, afirma Víctor Rivilla, autor principal de un nuevo estudio publicado hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Los nuevos resultados de la instalación ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), de la cual es socio el Observatorio Europeo Austral (ESO), y del instrumento ROSINA, a bordo de Rosetta, muestran que el monóxido de fósforo es una pieza clave en el rompecabezas del origen de la vida.

Con las capacidades de ALMA, que permitió una mirada profunda y detallada de la región de formación de estrellas AFGL 5142, los astrónomos pudieron identificar dónde se forman algunas moléculas portadoras de fósforo, como el monóxido de fósforo. Entre las estrellas, hay regiones de gas y polvo en forma de nubes en las que nacen nuevas estrellas y sistemas planetarios, haciendo de estas nubes interestelares los lugares ideales para iniciar la búsqueda de los ladrillos básicos necesarios para la construcción de la vida.

Las observaciones de ALMA mostraron que las moléculas portadoras de fósforo se crean a medida que se forman estrellas masivas. Los flujos de gas que emanan de las estrellas masivas jóvenes abren cavidades en las nubes interestelares. En las paredes de esas cavidades, se forman moléculas que contienen fósforo a través de la acción combinada de choques y radiación de la estrella que está naciendo. Los astrónomos también han demostrado que el monóxido de fósforo es la molécula portadora de fósforo más abundante en las paredes de la cavidad.

Tras buscar esta molécula en las regiones de formación estelar con ALMA, el equipo europeo pasó a un objeto del Sistema Solar: el ahora famoso cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. La idea era seguir el rastro de estos compuestos portadores de fósforo. Si las paredes de la cavidad colapsan para formar una estrella (en concreto una menos masiva, como el Sol), el monóxido de fósforo puede congelarse y quedar atrapado en los granos de polvo helados que permanecen alrededor de la nueva estrella. Incluso antes de que la estrella esté completamente formada, esos granos de polvo se unen para formar guijarros, rocas y, en última instancia, cometas, que se convierten en transportadores de monóxido de fósforo.

ROSINA, que proviene de Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (espectrómetro orbital de Rosetta para el análisis iónico y neutral), recopiló datos de 67P durante dos años mientras Rosetta orbitaba el cometa. Anteriormente, equipos de astrónomos ya habían encontrado indicios de fósforo en los datos de ROSINA, pero no sabían qué molécula lo había llevado hasta allí. Kathrin Altwegg, investigadora principal de Rosina y una de las autoras del nuevo estudio, ofreció una pista sobre cuál podría ser esa molécula después de ser abordada en una conferencia por un astrónomo que estudiaba regiones de formación de estrellas con ALMA: “Ella dijo que el monóxido de fósforo sería un candidato muy probable, así que volví a nuestros datos y ¡allí estaba!”.

Esta primera detección de monóxido de fósforo en un cometa ayuda a los astrónomos a establecer una conexión entre las regiones de formación de estrellas, donde se crea la molécula, hasta la Tierra.

“La combinación de los datos ALMA y ROSINA ha revelado una especie de hilo químico durante todo el proceso de formación estelar en el que el monóxido de fósforo juega el papel principal”, afirma Rivilla, investigador del Observatorio Astrofísico Arcetri del INAF (Instituto Nacional de Astrofísica de Italia).

“El fósforo es esencial para la vida tal y como la conocemos”, añade Altwegg. “Dado que es muy probable que los cometas proporcionaran grandes cantidades de compuestos orgánicos a la Tierra, el monóxido de fósforo detectado en el cometa 67P puede fortalecer el vínculo entre los cometas y la vida en la Tierra”.

Este intrigante viaje podría documentarse finalmente gracias a los esfuerzos de colaboración entre profesionales de la astronomía. “La detección del monóxido de fósforo se debió claramente a un intercambio interdisciplinar entre telescopios basados en tierra e instrumentos situados en el espacio”, dice Altwegg.

Leonardo Testi, astrónomo de ESO y responsable de operaciones de ALMA en Europa, concluye: “Entender nuestros orígenes cósmicos, incluyendo cuán comunes son las condiciones químicas favorables para el surgimiento de la vida, es un tema importante de la astrofísica moderna. Mientras que ESO y ALMA se centran en las observaciones de moléculas en sistemas planetarios jóvenes distantes, la exploración directa del inventario químico dentro de nuestro Sistema Solar es posible gracias a misiones de la ESA como Rosetta. La sinergia entre las instalaciones terrestres y espaciales líderes en el mundo, a través de la colaboración entre ESO y la ESA, es un poderoso activo para los investigadores europeos y da lugar a descubrimientos transformadores como el que se da a conocer en este artículo”.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en un artículo científico que aparece en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El equipo está formado por V. M. Rivilla (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia [INAF-OAA]); M. N. Drozdovskaya (Centro para el estudio del Espacio y la Habitabilidad, Universidad de Berna, Suiza [CSH]); K. Altwegg (Instituto de Física, Universidad de Berna, Suiza); P. Caselli (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania); M. T. Beltrán (INAF-OAA); F. Fontani (INAF-OAA); F.F.S. van der Tak (Instituto SRON de Estudios Espaciales de los Países Bajos y Instituto de Astronomía Kapteyn, Universidad de Groninga, Países Bajos); R. Cesaroni (INAF-OAA); A. Vasyunin (Universidad Federal de los Urales, Ekaterimburgo, Rusia, y Universidad de Ciencias Aplicadas de Ventspils, Letonia); M. Rubin (CSH); F. Lique (LOMC-UMR, CNRS–Universidad Le Havre, Francia); S. Marinakis (Universidad del Este de Londres, y Universidad Queen Mary de Londres, Reino Unido); L. Testi (INAF-OAA, ESO Garching, y Grupo de Excelencia “Universo”, Alemania); y el equipo de  ROSINA (H. Balsiger, J. J. Berthelier, J. De Keyser, B. Fiethe, S. A. Fuselier, S. Gasc, T. I. Gombosi, T. Sémon, C. -y. Tzou).

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.

Imágenes

Esta imagen de ALMA muestra una vista detallada de la región de formación de estrellas AFGL 5142. En el centro puede verse una estrella brillante y masiva en su infancia. Los flujos de gas de esta estrella han abierto una cavidad en la región, y es en las paredes de esta cavidad (mostrada en color), donde se forman moléculas portadoras de fósforo como el monóxido de fósforo. Los diferentes colores representan material que se mueve a diferentes velocidades. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.

Esta imagen de ALMA muestra una vista detallada de la región de formación de estrellas AFGL 5142. En el centro puede verse una estrella brillante y masiva en su infancia. Los flujos de gas de esta estrella han abierto una cavidad en la región, y es en las paredes de esta cavidad (mostrada en color), donde se forman moléculas portadoras de fósforo como el monóxido de fósforo. Los diferentes colores representan material que se mueve a diferentes velocidades. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.

Esta infografía muestra los resultados clave de un estudio que ha revelado el camino interestelar del fósforo, uno de los ladrillos básicos para la construcción de la vida. Gracias a ALMA, los astrónomos pudieron identificar dónde se forman moléculas portadoras de fósforo en regiones de formación de estrellas como AFGL 5142. El fondo de esta infografía muestra una parte del cielo nocturno en la constelación de Auriga, donde se encuentra la región de formación estelar AFGL 5142. La imagen de ALMA de este objeto se encuentra en la parte superior izquierda de la infografía, y se marca con un círculo uno de los lugares donde el equipo encontró moléculas portadoras de fósforo. La molécula portadora de fósforo más común en AFGL 5142 es el monóxido de fósforo, representado en naranja y rojo en el diagrama de la parte inferior izquierda. Otra molécula encontrada fue el nitruro de fósforo, representado en naranja y azul. Utilizando datos del instrumento ROSINA, a bordo de la sonda Rosetta de la ESA, los astrónomos también encontraron monóxido de fósforo en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que puede verse en la parte inferior derecha. Este primer avistamiento de monóxido de fósforo en un cometa ayuda a los astrónomos a establecer una conexión entre las regiones de formación de estrellas, donde se crea la molécula, hasta la Tierra, donde jugó un papel crucial en el inicio de la vida. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de

Esta infografía muestra los resultados clave de un estudio que ha revelado el camino interestelar del fósforo, uno de los ladrillos básicos para la construcción de la vida.
Gracias a ALMA, los astrónomos pudieron identificar dónde se forman moléculas portadoras de fósforo en regiones de formación de estrellas como AFGL 5142. El fondo de esta infografía muestra una parte del cielo nocturno en la constelación de Auriga, donde se encuentra la región de formación estelar AFGL 5142. La imagen de ALMA de este objeto se encuentra en la parte superior izquierda de la infografía, y se marca con un círculo uno de los lugares donde el equipo encontró moléculas portadoras de fósforo. La molécula portadora de fósforo más común en AFGL 5142 es el monóxido de fósforo, representado en naranja y rojo en el diagrama de la parte inferior izquierda. Otra molécula encontrada fue el nitruro de fósforo, representado en naranja y azul.
Utilizando datos del instrumento ROSINA, a bordo de la sonda Rosetta de la ESA, los astrónomos también encontraron monóxido de fósforo en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que puede verse en la parte inferior derecha. Este primer avistamiento de monóxido de fósforo en un cometa ayuda a los astrónomos a establecer una conexión entre las regiones de formación de estrellas, donde se crea la molécula, hasta la Tierra, donde jugó un papel crucial en el inicio de la vida. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de

Mosaico del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, creado con imágenes tomadas el 10 de septiembre de 2014, cuando la nave espacial Rosetta de la ESA estaba a 27,8 km del cometa. Crédito: ESA/Rosetta/NAVCAM

Mosaico del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, creado con imágenes tomadas el 10 de septiembre de 2014, cuando la nave espacial Rosetta de la ESA estaba a 27,8 km del cometa. Crédito: ESA/Rosetta/NAVCAM

Este mapa muestra la ubicación de la región de formación de estrellas AFGL 5142, observada recientemente con ALMA, en la constelación de Auriga. El mapa muestra la mayoría de las estrellas que son visibles a simple vista bajo buenas condiciones, y AFGL 5142 se resalta con un círculo rojo. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

Este mapa muestra la ubicación de la región de formación de estrellas AFGL 5142, observada recientemente con ALMA, en la constelación de Auriga. El mapa muestra la mayoría de las estrellas que son visibles a simple vista bajo buenas condiciones, y AFGL 5142 se resalta con un círculo rojo. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

Esta vista de amplio campo muestra la región del cielo, en la constelación de Auriga, donde se encuentra la región de formación de estrellas AFGL 5142. Fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Esta vista de amplio campo muestra la región del cielo, en la constelación de Auriga, donde se encuentra la región de formación de estrellas AFGL 5142. Fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Videos

20200115 Rivilla et al – ESO-Cast from ALMA Observatory on Vimeo.

El fósforo, presente en nuestro ADN y en nuestras membranas celulares, es un elemento esencial para la vida. Pero aún no sabemos cómo llegó a la Tierra primitiva. Un equipo de astrónomos ha rastreado el viaje del fósforo, desde las regiones de formación de estrellas hasta los cometas, combinando las capacidades de ALMA y de la sonda Rosetta, de la Agencia Espacial Europea. Crédito: ESO. Directed by: Herbert Zodet. Editing : Herbert Zodet. Web and technical support: Gurvan Bazin and Raquel Yumi Shida. Written by: Caroline Reid and Bárbara Ferreira. Music: Stellardrone — Comet Halley. Footage and photos : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al., ESA/Rosetta/NAVCAM , Mario Weigand, www.SkyTrip.de, Digitized Sky Survey 2, C. Malin (christophmalin.com), M. Kornmesser, L.Calçada and Nick Risinger (skysurvey.org). Scientific consultants: Paola Amico and Mariya Lyubenova.

eso2001b from ALMA Observatory on Vimeo.

Este vídeo comienza mostrando una vista de amplio campo de una región del cielo en la constelación de Auriga. A continuación, se acerca para mostrarnos la región de formación estelar AFGL 5142, recientemente observada con ALMA. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; Mario Weigand, www.SkyTrip.de; ESO/Digitized Sky Survey 2; Nick Risinger (skysurvey.org). Music: Astral Electronics

eso2001c from ALMA Observatory on Vimeo.

Esta animación, creada con datos reales de la misión Rosetta de la ESA, muestra al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Crédito: ESO/M. Kornmesser, ESA/Rosetta

eso2001d from ALMA Observatory on Vimeo.

Esta animación muestra los resultados clave de un estudio que ha revelado el camino interestelar del fósforo, uno de los ladrillos básicos para la construcción de la vida. Gracias a ALMA, los astrónomos pudieron identificar dónde se forman moléculas portadoras de fósforo en regiones de formación de estrellas como AFGL 5142. El fondo de esta infografía muestra una parte del cielo nocturno en la constelación de Auriga, donde se encuentra la región de formación estelar AFGL 5142. La imagen de ALMA de este objeto se encuentra en la parte superior izquierda de la infografía, y se marca con un círculo uno de los lugares donde el equipo encontró moléculas portadoras de fósforo. La molécula portadora de fósforo más común en AFGL 5142 es el monóxido de fósforo, representado en naranja y rojo en el diagrama de la parte inferior izquierda. Otra molécula encontrada fue el nitruro de fósforo, representado en naranja y azul. Utilizando datos del instrumento ROSINA, a bordo de la sonda Rosetta de la ESA, los astrónomos también encontraron monóxido de fósforo en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que puede verse en la parte inferior derecha. Este primer avistamiento de monóxido de fósforo en un cometa ayuda a los astrónomos a establecer una conexión entre las regiones de formación de estrellas, donde se crea la molécula, hasta la Tierra, donde jugó un papel crucial en el inicio de la vida. Crédito: ESO/M. Kornmesser/L.Calçada; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de