El "oasis" en el "desierto" del universo
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Compilador: Lei Fengtu
Corrección: Grupo de corrección de astronomía Mufu
Composición tipográfica: Lei Fengtu
Entre bastidores: Kutliavka Li Ziqi Xu⑨kun Hu Yongwei
Una parte considerable del carbono del universo existe en forma de macromoléculas de hidrocarburos aromáticos policíclicos. La evidencia indirecta sugiere que estas moléculas abundan en el espacio, pero nunca se han observado directamente.
Los HAP suelen formarse a altas temperaturas. En la Tierra, se producen como subproductos de la quema de combustibles fósiles y como marcas carbonizadas en los alimentos asados. Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor asistente del MIT Brett McGuire ha descubierto dos hidrocarburos aromáticos policíclicos únicos en una zona del espacio llamada Nube Molecular Taurus (TMC-1). Sin embargo, la nebulosa ni siquiera ha comenzado a formar estrellas todavía y su temperatura es de unos -263 grados Celsius, sólo diez grados por encima del cero absoluto.
Esto significa que los HAP pueden formarse a temperaturas mucho más bajas de lo esperado, y este descubrimiento permitirá a los científicos reexaminar el papel de los HAP en la formación de estrellas y planetas.
El investigador McGuire dijo: "Con este descubrimiento, no sólo confirmamos una hipótesis que se ha estado gestando durante 30 años, sino que también podemos observar otras moléculas en esta área y cómo reaccionan. La formación de policíclicos Los hidrocarburos aromáticos y la existencia de más reacciones químicas para formar moléculas más grandes afectarán nuestra especulación sobre el papel de las grandes moléculas de carbono en la formación de estrellas "
En el cielo nocturno, la franja negra junto a las Pléyades. El cúmulo de estrellas es la nube molecular de Tauro
Crédito: Brett A. McGuire, Copyright 2018
Desde la década de 1980, los astrónomos han utilizado telescopios para detectar una señal infrarroja que representa la presencia de moléculas aromáticas. , que normalmente contienen uno o más anillos de carbono. Se especula que en el espacio existen entre 10 y 25 átomos de carbono en los hidrocarburos aromáticos policíclicos. Contienen al menos dos anillos de carbono, pero debido a las limitaciones de las señales infrarrojas, no podemos identificar qué moléculas son.
Esto significa que no podemos profundizar en los mecanismos químicos detallados de la formación de estas moléculas, como cómo reaccionan con otras moléculas, cómo se destruyen y todo el ciclo del carbono en la formación de estrellas y planetas e incluso vida.
Aunque la radioastronomía ha sido la fuerza principal en el descubrimiento de moléculas espaciales desde la década de 1960, los radiotelescopios capaces de detectar estas grandes moléculas sólo llevan en funcionamiento más de una docena de años. Los radiotelescopios realizan observaciones captando el espectro rotacional de una molécula, que es el espectro característico emitido por los niveles de energía rotacional de la molécula. Luego, los investigadores intentarán hacer coincidir los patrones observados en el espacio con los patrones que ven en las moléculas en los laboratorios de la Tierra para identificar los tipos de moléculas observadas.
Cada molécula tiene su propio espectro de rotación único. La imagen muestra el espectro de rotación de una determinada sustancia orgánica a una temperatura de 40K. El eje horizontal representa la frecuencia de su radiación electromagnética y el eje vertical representa su absorbancia relativa.
Crédito: LibreTexts de Química
Esto no sólo los identifica. Además, a través de la intensidad de las líneas y la intensidad relativa de las diferentes partes del patrón, también podemos obtener datos sobre el número y temperatura de las moléculas.
Hace unos años, un miembro del equipo de investigación observó nubes que contenían benzonitrilo, un anillo de seis carbonos unido a un grupo nitrilo (carbono-nitrógeno). Desde entonces, McGuire y sus colegas comenzaron un estudio de años de duración sobre TMC-1.
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 señales de otras dos moléculas, más tarde reportadas en el estudio como hidrocarburos aromáticos policíclicos. Estas moléculas, conocidas como 1-cianonaftaleno y 2-cianonaftaleno, constan de dos anillos de benceno fusionados con un grupo nitrilo unido.
Telescopio Green Bank
Crédito: Brett A. McGuire, Copyright 2018
Uno de los investigadores del MIT, el becario postdoctoral Kelvin Lee Introducción: "El descubrimiento de estas moléculas es un gran avance en la astroquímica. Comenzamos a conectar pequeñas moléculas que se sabe que existen en el espacio, como el benzonitrilo, con los hidrocarburos aromáticos policíclicos monoméricos que son tan importantes en la astrofísica".
Desde TMC- 1 es frío y sin estrellas, los HAP no son sólo el producto de estrellas moribundas, sino que también pueden ensamblarse a partir de moléculas más pequeñas.
En una serie de artículos, los científicos describieron más de una docena de hidrocarburos aromáticos policíclicos detectados en TMC-1. Estas moléculas complejas, nunca antes detectadas en el medio interestelar, permiten a los científicos comprender mejor la formación de estrellas, planetas y otros objetos en el espacio. Algunas de las moléculas detectadas incluyen, de izquierda a derecha: 1-cianonaftaleno, 1-cianociclopentadieno, HC11N, 2-cianonaftaleno, vinilcianoacetileno, 2-cianociclopentadieno, benzonitrilo, trans (E)-cianovinil acetileno, HC4NC y cianuro de propinilo, etc.
Crédito: M. Weiss / Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian
Cuando los HAP reaccionan con otras moléculas, comienzan a formar granos de polvo interestelar, que son pequeños planetas y semillas de planetas. Por lo tanto, el descubrimiento de que los HAP pueden existir en un espacio frío y sin estrellas impulsará a los científicos a reevaluar las sustancias químicas involucradas en las reacciones cuando se formaron los planetas por primera vez.
Mcguire y sus colegas están estudiando más a fondo la formación de estos HAP y las reacciones que pueden provocar en el espacio. También planean continuar escaneando TMC-1 con el telescopio Green Bank. Al mismo tiempo, los investigadores simularán la formación de moléculas introduciendo dos moléculas en un reactor y bombardeándolas con kilovoltios de electricidad, rompiéndolas en pedazos y volviendo a ensamblarlas. Este proceso puede producir cientos de moléculas diferentes, muchas de las cuales nunca se han visto en la Tierra. Una vez que el telescopio haya obtenido estas observaciones de la nebulosa, los investigadores podrán intentar hacer coincidir las señales que descubrieron con los resultados de sus experimentos en la Tierra.
Necesitamos seguir viendo qué moléculas están presentes en esta región. Cuanto más sepamos sobre los tipos de moléculas aquí, mejor podremos echar un vistazo a toda la red de reacción.
Artículo de referencia:
plex-carbon-based-molecules.html
Departamento editorial de Mufu New Media
"Grabado húmedo astronómico" Producido por Shepherd
(Crédito de la imagen y derechos de autor: Francis Bozon)