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    Encontrado en el espacio:moléculas complejas basadas en carbono

    La Nube Molecular de Tauro, que contiene el núcleo frío sin estrellas TMC-1, es una raya oscura en el cielo cerca del cúmulo de las Pléyades visto desde Charlottesville, VIRGINIA. Crédito:Brett A. McGuire, Copyright 2018

    Se cree que gran parte del carbono en el espacio existe en forma de moléculas grandes llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Desde la década de 1980, La evidencia circunstancial ha indicado que estas moléculas son abundantes en el espacio, pero no se han observado directamente.

    Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asistente del MIT, Brett McGuire, ha identificado dos PAH distintivos en un parche de espacio llamado Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Se creía que los PAH se formaban de manera eficiente solo a altas temperaturas, en la Tierra, ocurren como subproductos de la quema de combustibles fósiles, y también se encuentran en las marcas de carbonilla en los alimentos asados. Pero la nube interestelar donde el equipo de investigación los observó aún no ha comenzado a formar estrellas, y la temperatura es de unos 10 grados por encima del cero absoluto.

    Este descubrimiento sugiere que estas moléculas pueden formarse a temperaturas mucho más bajas de lo esperado, y puede llevar a los científicos a repensar sus suposiciones sobre el papel de la química de los PAH en la formación de estrellas y planetas. dicen los investigadores.

    "Lo que hace que la detección sea tan importante es que no solo hemos confirmado una hipótesis que lleva 30 años preparándose, pero ahora podemos mirar todas las otras moléculas en esta única fuente y preguntar cómo están reaccionando para formar los PAH que estamos viendo, cómo los PAH que estamos viendo pueden reaccionar con otras cosas para posiblemente formar moléculas más grandes, y qué implicaciones puede tener para nuestra comprensión del papel de las moléculas de carbono muy grandes en la formación de planetas y estrellas, "dice McGuire, quien es un autor principal del nuevo estudio.

    Michael McCarthy, director asociado del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, es otro autor principal del estudio, que aparece hoy en Ciencias . El equipo de investigación también incluye científicos de varias otras instituciones, incluida la Universidad de Virginia, el Observatorio Nacional de Radioastronomía, y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

    Señales distintivas

    A partir de la década de 1980, Los astrónomos han utilizado telescopios para detectar señales infrarrojas que sugerían la presencia de moléculas aromáticas. que son moléculas que típicamente incluyen uno o más anillos de carbono. Se cree que alrededor del 10 al 25 por ciento del carbono en el espacio se encuentra en los HAP, que contienen al menos dos anillos de carbono, pero las señales infrarrojas no eran lo suficientemente distintas para identificar moléculas específicas.

    "Eso significa que no podemos profundizar en los mecanismos químicos detallados de cómo se forman, cómo reaccionan entre sí u otras moléculas, cómo se destruyen, y todo el ciclo del carbono a lo largo del proceso de formación de estrellas y planetas y, finalmente, la vida, "Dice McGuire.

    Aunque la radioastronomía ha sido un caballo de batalla del descubrimiento molecular en el espacio desde la década de 1960, Los radiotelescopios lo suficientemente potentes como para detectar estas moléculas grandes solo han existido durante poco más de una década. Estos telescopios pueden captar los espectros de rotación de las moléculas, que son patrones distintivos de luz que las moléculas emiten cuando giran por el espacio. Luego, los investigadores pueden intentar hacer coincidir los patrones observados en el espacio con los patrones que han visto de esas mismas moléculas en los laboratorios de la Tierra.

    El telescopio Green Bank de 100 m ubicado en Green Bank, VIRGINIA OCCIDENTAL. Crédito:Brett A. McGuire, Copyright 2018

    "Una vez que el patrón coincida, sabes que no existe ninguna otra molécula que pueda estar emitiendo ese espectro exacto. Y, la intensidad de las líneas y la fuerza relativa de las diferentes piezas del patrón te dice algo sobre la cantidad de molécula que hay, y qué tan caliente o fría está la molécula, "Dice McGuire.

    McGuire y sus colegas han estado estudiando TMC-1 durante varios años porque observaciones anteriores han revelado que es rico en moléculas de carbono complejas. Hace unos pocos años, un miembro del equipo de investigación observó indicios de que la nube contiene benzonitrilo, un anillo de seis carbonos unido a un grupo de nitrilo (carbono-nitrógeno).

    Luego, los investigadores utilizaron el Telescopio Green Bank, el radiotelescopio orientable más grande del mundo, para confirmar la presencia de benzonitrilo. En sus datos, también encontraron firmas de otras dos moléculas:los PAH informados en este estudio. Esas moléculas, llamado 1-cianonaftaleno y 2-cianonaftaleno, constan de dos anillos de benceno fusionados, con un grupo de nitrilo unido a un anillo.

    "La detección de estas moléculas es un gran avance en la astroquímica. Estamos comenzando a conectar los puntos entre moléculas pequeñas, como el benzonitrilo, que se sabe que existen en el espacio, a los HAP monolíticos que son tan importantes en astrofísica, "dice Kelvin Lee, un postdoctorado del MIT que es uno de los autores del estudio.

    Encontrar estas moléculas en el frío TMC-1 sin estrellas sugiere que los PAH no son solo subproductos de estrellas moribundas, pero se pueden ensamblar a partir de moléculas más pequeñas.

    "En el lugar donde los encontramos, no hay estrella, así que o se están construyendo en su lugar o son las sobras de una estrella muerta, "Dice McGuire." Creemos que probablemente sea una combinación de los dos; la evidencia sugiere que no es ni una vía ni la otra exclusivamente. Eso es nuevo e interesante porque realmente no había habido ninguna evidencia de observación antes de esta vía de abajo hacia arriba ".

    En una serie de nueve artículos, Científicos del proyecto GOTHAM - Observaciones del Telescopio Green Bank de TMC-1:Hunting Aromatic Molecules - describieron la detección de más de una docena de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la Nube Molecular de Tauro, o TMC-1. Estas moléculas complejas, nunca antes detectado en el medio interestelar, están permitiendo a los científicos comprender mejor la formación de estrellas, planetas y otros cuerpos en el espacio. En la concepción de este artista, algunas de las moléculas detectadas incluyen, de izquierda a derecha:1-cianonaftaleno, 1-ciano-ciclopentadieno, HC11N, 2-cianonaftaleno, vinilcianoacetileno, 2-ciano-ciclopentadieno, benzonitrilo, trans- (E) -cianovinilacetileno, HC4NC, y cianuro de propargilo, entre otros. Crédito:M. Weiss / Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

    Química del carbono

    El carbono juega un papel fundamental en la formación de planetas, por lo que la sugerencia de que los PAH podrían estar presentes incluso sin estrellas, regiones frías del espacio, puede incitar a los científicos a repensar sus teorías sobre qué sustancias químicas están disponibles durante la formación del planeta, Dice McGuire. Como los PAH reaccionan con otras moléculas, pueden comenzar a formar granos de polvo interestelar, que son las semillas de asteroides y planetas.

    "Necesitamos repensar por completo nuestros modelos de cómo está evolucionando la química, a partir de estos núcleos sin estrellas, para incluir el hecho de que están formando estas grandes moléculas aromáticas, " él dice.

    McGuire y sus colegas ahora planean investigar más a fondo cómo se formaron estos PAH, y qué tipo de reacciones pueden sufrir en el espacio. También planean continuar escaneando TMC-1 con el poderoso Telescopio Green Bank. Una vez que tengan esas observaciones de la nube interestelar, los investigadores pueden intentar hacer coincidir las firmas que encuentran con los datos que generan en la Tierra colocando dos moléculas en un reactor y explotándolas con kilovoltios de electricidad, rompiéndolos en pedazos y dejándolos recombinarse. Esto podría resultar en cientos de moléculas diferentes, muchos de los cuales nunca se han visto en la Tierra.

    "Necesitamos seguir viendo qué moléculas están presentes en esta fuente interestelar, porque cuanto más sabemos sobre el inventario, cuanto más podamos empezar a intentar conectar las piezas de esta red de reacciones, "Dice McGuire.


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