Algo huele a podrido… en Orión KL

En el recuadro podemos ver la zona protagonista de nuestra historia: Orión KL.  Créditos: (NASA, ESA, Robberto (STScI/ESA), Orion Treasury Project Team).
En el recuadro podemos ver la zona protagonista de nuestra historia: Orión KL.
Créditos: (NASA, ESA, Robberto (STScI/ESA), Orion Treasury Project Team).

Literalmente. La región de formación de estrellas masivas Kleinmann-Low forma parte de la nube molecular de Orión, y por ello es conocida como Orión KL. En su entorno se ha detectado la posible presencia de mercaptano de etilo, un gas que se caracteriza por su olor a huevos podridos. De ahí que la frase, pronunciada por el personaje de Marcelo en el primer acto del “Hamlet” de Shakespeare, nos venga que ni pintada.

El mercaptano (más conocido como tiol) es un grupo funcional formado por un átomo de azufre y un átomo de hidrógeno (-SH). En el caso del mercaptano de metilo (CH3SH), hablamos de un gas incoloro que desprende un fuerte olor.

Pero para quienes investigan sobre su presencia en el espacio el olor no es un problema. Cualquier posible presencia de gas molecular es susceptible de estudio, sean cuales sean sus características (huelan a flores o a alcantarilla). De hecho, el metanol (CH3OH) y el etanol (CH3CH2OH), dos moléculas químicamente similares a las ya citadas en las que sólo cambia un átomo (O->S) y de las que también les vamos a hablar, son muy conocidas en muchos entornos astrofísicos.

El propio mercaptano de metilo fue detectado en 1979 por Linke y colaboradores en SgrB2, una nube molecular del centro galáctico conocida por ser una de las zonas de formación de estrellas masivas más productiva de la galaxia. Gracias a posteriores estudios, también se detectaba la presencia de mercaptano de metilo en dos lugares muy diferentes: en la nube molecular fría B1 (esta nube se encuentra en el estadio denominado de Primer Núcleo Hidrostático, First Hydrostatic Core, que se  forma cuando se detiene la fase de colapso en la etapa de nacimiento de la estrella); y hacia el núcleo caliente de G327.3-0.6, una región de formación de estrellas masivas.

Para el equipo de investigación del que voy a hablarles, la detección del mercaptano de metilo es, en realidad, una clave para intentar dilucidar si otro compuesto, el mercaptano de etilo (CH3CH2SH), el equivalente tiol del etanol, está presente en esas mismas zonas.

El mercaptano de etilo no deja atrás a su pariente metilo en cuanto a peligrosidad: extremadamente irritante, corrosivo y sensibilizador en caso de contacto con la piel y muy peligroso en caso de contacto con los ojos, inhalación o ingestión. Tampoco su olor es muy agradable. De hecho, es uno de los componentes que se añade al gas butano y propano: estos gases no tienen olor, por lo que, para detectar fugas, se les añade este compuesto odorante. De ahí que, cuando hay un escape de gas, nos huela a huevos podridos.

El hallazgo

En un trabajo liderado por Lucie Kolesniková, y en el que participan otros miembros del Consolider ASTROMOL (Belén Tercero y José Cernicharo, entre otros) se ha detectado la posible presencia de mercaptano de etilo hacia Orión KL.

Un sondeo de esta zona, la parte más activa de la Nebulosa de Orión, llevado a cabo en el rango de las ondas milimétricas con el radiotelescopio IRAM 30m1, dio como resultado la detección de más de 8.000 líneas espectrales desconocidas hasta el momento. Cada línea espectral se identifica con una transición concreta de una especie molecular (la huella que deja la molécula cuando pasa de un estado de energía a otro). Muchas de ellas (casi 4.000) ya fueron identificadas como líneas derivadas de isotopólogos2 y estados vibracionales excitados3 de especies abundantes y bien conocidas en el medio interestelar, reduciendo significativamente el número de líneas desconocidas y mitigando la confusión de líneas en los espectros.

Varias de estas líneas podían corresponder con transiciones del mercaptano de etilo, pero, para confirmarlo, tenían que llevarse a cabo experimentos en laboratorios de espectroscopía molecular donde se pudieran medir y predecir las frecuencias del espectro de rotación del mercaptano de etilo con suficiente precisión espectroscópica. Estos experimentos dieron como resultado la posible presencia en Orión de los confórmeros gauche y trans de mercaptano de etilo.

¿Qué es un confórmero?  Los átomos, al unirse, pueden hacerlo de formas diferentes. Sus enlaces simples les permiten la rotación de los grupos, ya que tienen simetría cilíndrica. Dado que pueden rotar en torno a su enlace, adoptan diferentes disposiciones espaciales: esto se denomina conformación, y una conformación concreta es un confórmero. El confórmero gauche (izquierda, en francés) tiene el hidrógeno del grupo SH a 120° y 240° respecto al enlace –SH, y el trans a 0°.

Para esta especie, el gauche es el confórmero más estable de los dos y, aunque no se puede asegurar al cien por cien la presencia del confórmero trans (aún debe confirmarse con posteriores comprobaciones observacionales), es la primera vez que se detecta mercaptano de etilo en el medio interestelar. Aún así, la detección está en el límite de nuestras posibilidades de detección y el equipo recomienda ser cautos hasta que lleguen nuevas observaciones que permitan corroborarla.

Los granos de polvo

Comparando la proporción de mercaptano de etilo con respecto al mercaptano de metilo, los resultados confirman que el segundo sería ≃5 veces más abundante que el primero en el núcleo caliente de Orión KL. En realidad se esperaba que esa diferencia fuese mucho mayor, pero, ¿a qué podría deberse que no lo fuera?

En este estudio se obtuvo que, en Orión KL, el metanol (CH3OH) es 30 veces más abundante que el etanol (CH3CH2OH), de lo que se podría deducir que, al ser el mercaptano de metilo (CH3SH) y el mercaptano de etilo (CH3CH2SH) químicamente parecidas a las anteriores, la diferencia también debería ser parecida. Sin embargo, como ya hemos apuntado, la relación entre CH3SH/CH3CH2SH fue tan solo de 5, resultando ser un valor un tanto sorprendente.

Los investigadores creen que la diferencia podría deberse a que el metanol y el mercaptano de metilo permanezcan durante diferentes tiempos sobre los granos de polvo antes de su evaporación. Si el mercaptano de metilo se queda adherido a los granos de polvo más tiempo que el metanol, podrían tener lugar más procesos químicos, cambiando las abundancias entre especies metil (CH3-) y etil (CH3CH2-).

Teniendo en cuenta que la emisión de las especies −OH en Orión KL proviene principalmente de una zona compacta a unos 150 K de temperatura cinética (denominada compact ridge) mientras que el mercaptano de etilo y metilo emiten desde el núcleo caliente (el denominado hot core) a una temperatura de más de 200 K, las diferencias de abundancia relativa entre las especies de metil y etil podrían ser también debidas a la diferenciación química entre estas dos regiones dentro de Orión KL.

Es necesario llevar a cabo observaciones más sensibles para derivar las posibles cantidades presentes de los dos confórmeros de mercaptano de etilo y estudiar su distribución espacial en Orión. Esto será posible con interferómetros como ALMA, la crème de la crème del universo frío y una herramienta que, sin duda, aportará grandes respuestas al campo de la astroquímica.

Y es que el universo no deja de sorprendernos por su riqueza. Recientemente, se daba a conocer el descubrimiento de acetato de metilo y del confórmero gauche de formiato de etilo, entre otros (otro resultado obtenido por miembros del Consolider ASTROMOL). Muchas de las líneas observadas en el espacio siguen sin ser identificadas, y cuanto más sensibles son nuestros instrumentos, más abundantes y definidas son esas líneas. La confirmación de nuevas especies moleculares, basadas en precisas mediciones de laboratorio, sigue siendo un campo de investigación de gran actividad. Y aunque se han dado pasos importantes, aún hay trabajo por delante para confirmar si, efectivamente, algo huele a podrido en Orión KL.

Notas

[1] El telescopio IRAM 30m es un telescopio milimétrico equipado con una serie de receptores que le permiten hacer espectroscopía de alta resolución, estudiando así el papel que juega la química en la formación de estrellas, tanto dentro de nubes moleculares gigantes de la Vía Láctea y en galaxias cercanas, como fuera, en las galaxias conocidas más lejanas del universo joven. El telescopio se encuentra en el Pico Veleta, en Sierra Nevada (Granada, España), a una altitud de 2.850 m. Más de 50 moléculas han sido detectadas con este telescopio, la mayor parte de ellas por científicos de este equipo español (Consolider ASTROMOL).

[2] Cuando tenemos dos átomos del mismo elemento con el mismo número de protones, pero con una cantidad diferente de neutrones en su núcleo, tenemos dos isótopos. Cuando, por otro lado, tenemos una molécula que cuenta con, al menos, un isótopo, entonces tendremos un isotopólogo de esa especie molecular.

[3] Las moléculas tienen diferentes niveles de energía: electrónicos, vibracionales y rotacionales. Gracias a que la energía está cuantizada, podemos conocer qué tipo de transición ha tenido lugar al excitarse o desexcitarse una especie molecular. Dentro de un estado electrónico concreto, la molécula puede alcanzar distintos tipos de estados vibracionales (aquellos producidos por la vibración de los átomos que componen la molécula) y, a su vez, dentro de un mismo estado vibracional, las moléculas rotan, produciendo un espectro de rotación que puede detectarse con radiotelescopios en el dominio de las ondas milimétricas y submilimétricas.

Más información:

Estos resultados fueron publicados en el artículo científico “Spectroscopic characterization and detection of Ethyl Mercaptan in Orion”, en la revista Astrophysical Journal, 784, L7.

Los autores de este trabajo son L. Kolesniková (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Laboratorios de Espectroscopía y Bioespectroscopía, Unidad Asociada CSIC, Universidad de Valladolid, España); Belén Tercero (Dpto. de Astrofísica, Centro de Astrobiología CAB, CSIC-INTA, España); José Cernicharo (Dpto. de Astrofísica, Centro de Astrobiología CAB, CSIC-INTA, España); J. L. Alonso (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Laboratorios de Espectroscopía y Bioespectroscopía, Unidad Asociada CSIC, Universidad de Valladolid, España); A. M. Daly (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Laboratorios de Espectroscopía y Bioespectroscopía, Unidad Asociada CSIC, Universidad de Valladolid, España); B. P. Gordon (Division of Natural Sciences, New College of Florida, Sarasota, Florida, EE.UU.); y S. T. Shipman (Division of Natural Sciences, New College of Florida, Sarasota, Florida, EE.UU.).

Enlaces:

–        Blog de ASTROMOL
–        Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL
–        Participación de España en IRAM
–        Sobre el mercaptano de etilo en el listado de moléculas descubiertas en el espacio, mantenido por el Instituto de Física de la Universidad de Colonia.

Agradecimientos:

Por supuesto, a Belén Tercero, compañera de Consolider ASTROMOL, por orientarme en el camino hacia los misterios de Orión KL y sus malos olores; y a Marcelino Agúndez, por sugerirme el título shakespiriano de este artículo.



Por Natalia Ruiz Zelmanovitch
Publicado el ⌚ 17 julio, 2014
Categoría(s): ✓ Astronomía • Ciencia • Química