¿Quién tEME al Orión feroz?

Orión y Orión KL

Buscando trans etil metil éter en Orión KL

Cuando el lobo feroz amenazó a los tres cerditos con soplar y soplar hasta derribar sus casas, ellos le retaron diciendo que cada uno construiría su casa de un material distinto: paja, madera y ladrillo.

Obviamente, no se tarda lo mismo en construir una casa de paja o de madera que una de ladrillo (con lo que el cuento criticaba las poquitas ganas de trabajar que tenían dos de los cerditos). El lobo consiguió derribar a soplidos las casas de paja y madera (que menudos pulmones debía tener el canis lupus), pero no la de ladrillo, donde al final se refugiaron los tres cerditos que acabaron escaldando al lobo. (Mi niña interior se preguntaba si esa casa de ladrillo, hecha tan a prisa y corriendo, no iba a ser de una calidad pésima… cosas que da el pensar).

El factor clave, en este caso, era el tiempo.

En astroquímica también manejamos esa variable (como en todo el universo) para determinar la composición del gas en el medio interestelar. ¿Cuánto tiempo es necesario para que se lleven a cabo cambios en la química de un entorno determinado? ¿Qué condiciones de temperatura, presión, etc., deben darse?

En este trabajo en concreto, hablamos de la detección tentativa [1] de una especie molecular: mediante la identificación de un gran número de líneas de rotación de la molécula, un equipo de investigadores, liderado por Belén Tercero (ICMM-CSIC), ha presentado en este artículo científico la detección, en Orión KL, de trans etil metil éter (t-CH3CH2OCH3, a partir de ahora, tEME). Además, con el fin de tratar restringir el tipo de procesos químicos que se dan en esta fuente, también se llevó a cabo la búsqueda de gauche-trans-n-propanol (Gt-n-CH3CH2CH2OH, un isómero de tEME, al que llamaremos, para abreviar, Gt-n-propanol).

Pero hemos metido mucho tecnicismo de golpe… ¿Qué significa todo esto?

Vayamos por partes.

En primer lugar, ¿qué son las líneas de rotación?

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 en el espacio en torno a sus enlaces.

Estos cambios de rotación pueden detectarse con radiotelescopios en el dominio de las ondas milimétricas y submilimétricas (de las menos energéticas dentro del espectro electromagnético), dándonos como resultado espectros cargados de líneas que hemos de “traducir”.

Gracias al análisis de los datos aportados por el radiotelescopio IRAM 30m y el interferómetro ALMA, se han identificado líneas de ambas especies (tEME y Gt-n-propanol), pudiendo incluso obtener mapas con su distribución espacial [2].

Líneas a miles

Hace unos años se llevó a cabo un exhaustivo estudio de la región de Orión KL con el radiotelescopio IRAM 30m. El resultado mostró más de 15.400 líneas espectrales de las que unas 11.000 fueron identificadas y atribuidas a 50 moléculas (199 isotopólogos y modos vibracionales diferentes). Hasta la fecha, ha habido varios trabajos basados en estos datos.

Como resultado de una fructífera colaboración entre astrofísicos y expertos en espectroscopía molecular de laboratorio, 3.000 líneas previamente no identificadas fueron asignadas. Se identificaron tres especies moleculares y 16 isotopólogos y estados vibracionalmente excitados de moléculas abundantes en Orión, nunca antes detectados en el espacio.

Con el mismo conjunto de datos, ahora, un equipo de investigación, liderado por Belén Tercero (ICMM-CSIC), ha dado a conocer, como introducíamos al principio, la detección de otra nueva molécula en el espacio, el tEME. Además, varias líneas no identificadas en estos datos han sido provisionalmente identificadas como pertenecientes a Gt-n-propanol.

Pero, ¿por qué tras la detección de tEME se ha buscado en concreto Gt-n-propanol? Se trata de un isómero del tEME, es decir, tiene los mismos átomos dispuestos de una forma distinta. La detección o no de los distintos isómeros puede aportar pistas del tipo de rutas químicas favorables en un cierto entorno.

Methoxyethane-3D-balls
Nuestra especie molecular protagonista (que, más que un lobo, parece un caniche). Crédito: Ben Mills/Jynto.

Distribución espacial

Con los datos de ALMA, se han llevado a cabo mapas de la distribución espacial de especies orgánicas saturadas portadoras de oxígeno que contienen metilo, etilo y grupos propilo, pudiendo estimar los cocientes de abundancia entre especies relacionadas y los límites superiores de las densidades de columna de éteres no detectados [3].

En cuanto a su procedencia, mientras que el tEME proviene principalmente de la zona “Compact ridgede Orión, el Gt-n-propanol aparece en un núcleo caliente de la zona sur de Orión. Hasta ahora se pensaba que la zona “Compact ridge” de Orión era el anfitrión principal de todas las especies saturadas orgánicas portadoras de oxígeno, pero recientes estudios (incluido el que aquí nos ocupa) muestran otras regiones dentro de Orión KL donde estas moléculas complejas ricas en oxígeno son significativamente más abundantes que en “Compact ridge”. Este resultado sugiere una complejidad química aún no bien caracterizada, relacionada con los procesos que crean y segregan a estas especies en la región.

La abundancia y la distribución espacial de estas moléculas sugieren importantes procesos que tendrían lugar en la fase de gas que se sucede tras la evaporación de los mantos que cubrirían los granos de polvo en las zonas más templadas de la región.

Para resumir, combinando los datos de IRAM 30m y de ALMA, podemos proporcionar un sólido punto de partida para la identificación definitiva de tEME en el medio interestelar y añadir nuevas evidencias que contribuyan a restringir los procesos químicos que tienen lugar en estas nubes.

Orión feroz

La formación de moléculas complejas en el espacio es un misterio por desentrañar. Aunque, para empezar, deberíamos diferenciar el término de “molécula compleja” en la Tierra y en el espacio. Por supuesto, dadas las condiciones hostiles que hay en el medio interestelar y en entornos como Orión KL, que las moléculas se combinen y formen especies más complejas es todo un logro. De ahí que a especies que en la tierra pueden ser comunes, en el espacio las llamemos “complejas”.

Poco a poco vamos descubriendo que los granos de polvo, las “burbujas” protectoras creadas por presión, temperatura y chorros de material, y otros fenómenos que tienen lugar en el espacio, generan entornos que propician esos cambios.

Por muy feroz que sea Orión KL, parece que hay lugares donde esas combinaciones químicas se abren paso y, por mucho que “sople”, ellas seguirán en pie, combinándose y sorprendiéndonos con el paso del tiempo.

Notas:

[1] En astroquímica solemos hablar de detección tentativa cuando tenemos casi todas las claves para confirmar la presencia de una molécula en un determinado entorno pero nos falta una pieza del puzle (en algunos casos, más de una). En este caso, hablamos de detección tentativa porque ciertas especies que poseen un patrón muy abundante y complejo de líneas rotacionales deben ser identificadas en un rango muy amplio de frecuencias para asegurar unívocamente la detección. Este trabajo muestra que en el rango de frecuencias estudiado no falta ninguna pieza del puzle.

[2] También se proporcionan mapas de CH3OCOH, CH3CH2OCOH, CH3OCH3, CH3OH, y CH3CH2OH para comparar la distribución de estas especies orgánicas saturadas portadoras de oxígeno que contienen grupos metilo y etilo en esta región. El trabajo incluye también cocientes de abundancia de especies relacionadas y límites superiores a las abundancias de éteres no detectados. Se deriva una relación de abundancia N(CH3OCH3)/N(tEME) ≥ a 150 en el “Compact ridge” de Orión.

[3] La densidad de columna es la cantidad de material contenida en un cilindro imaginario (usualmente con una sección transversal de área de 1 cm2) entre un observador y un objeto astronómico. (Diccionario de Astronomía Oxford-Complutense, Ian Ridpath, 1999, Editorial Complutense). Las densidades de columna derivadas para estas especies en la ubicación de sus picos de emisión es de ≤(4.0±0.8)×1015 cm−2 y ≤(1.0±0.2)×1015 cm−2 para tEME y Gt-n-propanol, respectivamente. La temperatura rotacional es de ∼100 K para ambas moléculas.

Más información:

Artículo científico: Searching for Trans Ethyl Methyl Ether in Orion KL

Autores: B. Tercero (Grupo de Astrofísica Molecular, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, ICMM-CSIC, España); J. Cernicharo (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM-CSIC, España); A. López (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM-CSIC; Departamento de Astrofísica del Centro de Astrobiología, INTA-CSIC, España); N. Brouillet (Universidad de Burdeos, LAB, UMR 5804, CNRS, Francia); L. Kolesniková (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Área de Química-Física, Laboratorios de Espectroscopía y Bioespectroscopía, Unidad Asociada CSIC, Universidad de Valladolid, España); R. A. Motiyenko (Laboratorio de Física de Láseres, Átomos y Moléculas, UMR CNRS 8523, Universidad de Lille I, Francia); L. Margulès (Laboratorio de Física de Láseres, Átomos y Moléculas, UMR CNRS 8523, Universidad de Lille I, Francia); J. L. Alonso (Grupo de Espectroscopía Molecular (GEM), Área de Química-Física, Laboratorios de Espectroscopía y Bioespectroscopía, Unidad Asociada CSIC, Universidad de Valladolid, España); y J.-C. Guillemin (Instituto de Ciencias Químicas de Rennes, Escuela Nacional Superior de Química de Rennes, CNRS, UMR 6226, Francia).

Imágenes:

La Nebulosa de Orión vista por el Subaru. Créditos: CISCO, Subaru 8.3-m Telescope, NAOJ.

Orión KL o Nebulosa Kleinmann-Low. Créditos: CISCO, Subaru 8.3-m Telescope, NAOJ.

«Methoxyethane-3D-balls». Crédito: Ben Mills/Jynto.

 

1 Comentario

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alexis lenoxalexis lenox

Me encanto . Muy bien explicado. !!!!! Me gusta saber siempre un poco mas sobre el universo. Estare esperando por mas descubrimientos. Saludos!!!!!!!

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