Investigadores de la Universidad de Arizona han detectado moléculas orgánicas en nebulosas planetarias, las secuelas de las estrellas moribundas, y en los confines de la Vía Láctea, que se han considerado demasiado fríos y demasiado alejados del centro galáctico para soportar tales químicas. Presentan sus hallazgos en la 238a Reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, o AAS, celebrado virtualmente del 7 al 9 de junio.

Un equipo dirigido por Lucy Ziurys de la Universidad de Arizona informa sobre las observaciones de moléculas orgánicas en nebulosas planetarias con un detalle y una resolución espacial sin precedentes. Usando el Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, Ziurys y su equipo observaron emisiones de radio de cianuro de hidrógeno (HCN), ion formilo (HCO ⁺ ) y monóxido de carbono (CO) en cinco nebulosas planetarias:M2-48, M1-7, M3-28, K3-45 y K3-58.

Se descubrió que la emisión de estas moléculas delinea las formas de las nebulosas planetarias, que anteriormente solo se había observado en luz visible. En algunos casos, Las firmas moleculares revelaron características nunca antes vistas. La alta resolución de un segundo de arco, equivalente a una moneda de diez centavos visto desde 4 kilómetros de distancia, resultó en imágenes impactantes de las nebulosas, mostrando claramente las complejas geometrías de lo denso, material expulsado con barras, lóbulos y arcos nunca antes observados con claridad.

Las nebulosas planetarias son objetos brillantes, se produce cuando las estrellas de cierto tipo llegan al final de su evolución. La mayoría de las estrellas de nuestra galaxia incluido el sol, se espera que terminen sus vidas de esta manera. A medida que la estrella moribunda arroja grandes cantidades de su masa al espacio y se convierte en una enana blanca, generalmente emite una fuerte radiación ultravioleta. Durante mucho tiempo se pensó que esta radiación rompía cualquier molécula lanzada al medio interestelar desde la estrella moribunda y la reducía a átomos.

La detección de moléculas orgánicas en nebulosas planetarias en los últimos años ha demostrado que este no es el caso, sin embargo, y las observaciones presentadas aquí apoyan aún más la idea de que las nebulosas planetarias sirven como fuentes críticas que siembran el medio interestelar con moléculas que sirven como ingredientes crudos en la formación de nuevas estrellas y planetas. Se cree que las nebulosas planetarias proporcionan el 90% del material en el medio interestelar, con supernovas agregando el 10% restante.

"Se pensaba que las nubes moleculares que darían lugar a nuevos sistemas estelares tendrían que empezar de cero y formar estas moléculas a partir de átomos". "dijo Ziurys, Profesor Regent's de Química y Astronomía en UArizona. "Pero si el proceso comienza con moléculas, podría acelerar dramáticamente la evolución química en sistemas estelares nacientes ".

Ziurys y su equipo creen que el comportamiento de cambio de forma en la geometría de las nebulosas puede ser impulsado por ciertos procesos involucrados en la nucleosíntesis, en otras palabras, la forja de nuevos elementos dentro de una estrella.

"Nos dice que en una estrella moribunda, que es esférico hasta su fase final, una dinámica muy interesante ocurre una vez que pasa por la etapa de nebulosa planetaria, que cambia esa forma esférica, ", Dijo Ziurys." Estas estrellas simplemente pierden su masa, por lo que realmente no hay ningún mecanismo para que de repente se vuelvan bipolares o incluso cuadrupolares ".

Según los investigadores, una posible explicación podrían ser los destellos de helio, que se originan en un calor, capa convectiva alrededor del núcleo de una estrella moribunda y posiblemente podría proporcionar una fuente de síntesis nuclear explosiva lejos del centro de la estrella, resultando en las formas muy complejas que se ven en algunas nebulosas.

"Esto probablemente podría distorsionar la forma esférica porque un destello de helio puede explotar a través de los polos de una estrella, donde será dirigido por campos magnéticos, y eso tendrá un efecto en la forma de la nebulosa que se formará a su alrededor, " ella dijo.

Según Ziurys, muchas nebulosas planetarias son una especie de enigma, porque evolucionaron a partir de estrellas esféricas pero luego dieron lugar a estructuras bipolares o incluso cuadrupolares.

"Para los astrónomos ha sido un enigma cómo se pasa de una geometría esférica a estas geometrías multipolares, ", dijo." Las moléculas que observamos trazan las geometrías polares maravillosamente, y por eso esperamos que esto nos dé una idea de cómo se forman las nebulosas planetarias ".

En una segunda presentación, Lilia Koelemay, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Ziurys, informará sobre el descubrimiento de moléculas orgánicas en las afueras de la Vía Láctea, más del doble del centro galáctico que lo que se conoce como la Zona Habitable Galáctica, o GHZ.

GHZ de la Vía Láctea, que incluye el sistema solar, es una región considerada con condiciones favorables para la formación de la vida. Se cree que se extiende hasta solo 10 kiloparsecs, o alrededor de 32, 600 años luz, desde el centro galáctico.

Usando el telescopio UArizona ARO de 12 metros en Kitt Peak cerca de Tucson, Arizona, Koelemay, Ziurys y su equipo buscaron 20 nubes moleculares en los brazos Cygnus de la Vía Láctea en busca de espectros de emisión de metanol. una molécula orgánica básica. Con solo 20 Kelvin, estas nubes suelen ser extremadamente frías y están lejos del centro galáctico, a una distancia de 13 a 23,5 kiloparsecs. El equipo detectó metanol en las 20 nubes.

Según Koelemay, la detección de estas moléculas orgánicas en el borde galáctico puede implicar que la química orgánica todavía prevalece en los confines de la galaxia, y la GHZ puede extenderse mucho más lejos del centro galáctico que el límite establecido actualmente.

"Los científicos se han preguntado acerca del alcance de la química orgánica en nuestra galaxia durante mucho tiempo, y siempre se pensó que no muy lejos de nuestro sol, no veremos muchas moléculas orgánicas, "Dijo Koelemay." La suposición generalizada era que en las afueras de nuestra galaxia la química necesaria para formar compuestos orgánicos simplemente no ocurre ".

Esa conclusión se basó en parte en la supuesta escasez de moléculas orgánicas en los confines de la galaxia, según los investigadores. La noción de zona habitable galáctica se basa en la idea de que para que existan condiciones habitables donde la vida pueda evolucionar, un sistema planetario no puede estar demasiado cerca del centro galáctico con su densidad de estrellas extremadamente alta e intensa radiación, y no puede estar muy lejos porque no habría suficientes elementos críticos para la vida, como el oxígeno, carbono y nitrógeno.

Las observaciones fueron posibles gracias a un nuevo receptor de longitud de onda de 2 milímetros con una sensibilidad sin precedentes. Desarrollado en colaboración entre Ziurys, Gene Lauria, un ingeniero en Steward Observatory, y el Observatorio Nacional de Radioastronomía, el receptor permite la detección de líneas de emisión molecular en un ancho de banda de longitud de onda al que los radioastrónomos estadounidenses no pudieron acceder durante muchos años.

"Sin este nuevo instrumento, estas observaciones habrían tomado cientos de horas, que no es factible, "Dijo Ziurys." Con esta nueva capacidad, esperamos abrir dramáticamente nuestra ventana de observación y detectar moléculas en otras regiones de nuestra galaxia que antes se pensaba que carecían de dicha química ".

Recientemente, Koelemay ha comenzado a buscar otras moléculas además del metanol, como el cianuro de metilo, moléculas orgánicas con estructuras de anillo y otras que contienen grupos funcionales que se sabe que son bloques de construcción cruciales para las biomoléculas. Los descubrimientos de estas moléculas en el medio interestelar han atraído mucho interés, ya que muchos investigadores los consideran candidatos prometedores para el surgimiento de la vida. Cuando las moléculas orgánicas están presentes en los sistemas planetarios emergentes, pueden condensarse en la superficie de los asteroides, que luego los entregan a los planetas nacientes, donde potencialmente podrían impulsar la evolución de la vida.

"Estamos encontrando estas especies en las afueras de la galaxia, y la abundancia ni siquiera cae 10 kiloparsecs del sistema solar, donde no se creía que ocurriera la química necesaria para construir las moléculas necesarias para la vida, "dijo Ziurys, Asesor de Koelemay y coautor del informe. "El hecho de que estén allí amplía las posibilidades de que se formen planetas habitables mucho más allá de lo que se ha considerado la zona habitable es extremadamente emocionante".