¿Qué tiene el ultravioleta que a todas horas…?

La nebulosa de Orión, un inmenso vivero estelar a unos 1.500 años luz de distancia. Esta impresionante vista en falso color se ha basado en datos infrarrojos obtenidos con el telescopio espacial Spitzer. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Sí, habrán pensado en la letra de “¿Qué tiene la Zarzamora, que a todas horas…?”. Y, si no lo han hecho, es porque la copla está de capa caída (pero de relanzarla se encargan unos cuantos amantes de la ciencia y la copla, los #astrocopleros).

Al lío, que me voy por los cerros de Úbeda.

El mundo de la ciencia suele decir que el espacio es hostil, que es muy difícil encontrar moléculas complejas (aunque haberlas, haylas). El caso es que uno de los culpables de romper enlaces entre átomos y dejarlo todo perdido es la radiación ultravioleta procedente de las estrellas, y en el caso que nos ocupa, el ultravioleta lejano. Pero también, como el ying y el yang, puede que sea el responsable de darle vidilla a ciertas moléculas orgánicas.

De buscarlas, estudiarlas y ver qué aguante tienen y cómo reaccionan se encarga la astroquímica. En este trabajo en concreto del que les hablo se ha estudiado el gas molecular que hay en el espacio que está siendo fuertemente irradiado por rayos ultravioleta. El equipo, liderado por Sara Cuadrado (ICMM-CSIC), ha realizado (atención, las palabras en negrita las explico a continuación) un barrido espectral completo de líneas en el rango milimétrico usando el telescopio IRAM30m. Este barrido espectral (una especie de repaso a fondo de todo ese rango del espectro electromagnético) se ha llevado a cabo en el borde de la región de fotodisociación de la Barra de Orión, la cual está siendo irradiada por un campo muy intenso de radiación ultravioleta lejana.

Vayamos por partes.

La Barra de Orión ya les sonará de otros reportajes anteriores: se encuentra dentro de la conocida nebulosa de Orión, a unos 1.300 años luz de la Tierra, y es la región de formación de estrellas masivas más cercana a nosotros.

A esta zona de la Barra de Orión llega el ultravioleta lejano, un rango energético de la luz procedente de estrellas jóvenes y masivas que se están formando cerca (las estrellas conocidas con el nombre del Trapecio) y que emiten gran parte de su energía en este rango del espectro electromagnético. El ultravioleta lejano es el responsable, en este caso, de la fotodisociación de las moléculas.

La región de fotodisociación es aquella en la que los chuchazos de luz ultravioleta están disociando, es decir, separando, a unos átomos de otros en cada molécula (aunque, al mismo tiempo, se pueden estar formando uniones nuevas). La región de fotodisociación de la Barra de Orión es muy especial porque, al estar “cerquita”, podemos estudiarla con detalle.

El rango milimétrico es el rango del espectro electromagnético que nos permite estudiar zonas frías del cosmos. Para un astrónomo un entorno “frío” es aquel en el que la temperatura no nos permite observarlo porque emite poco y cuesta mucho detectar los objetos. El infrarrojo y el milimétrico nos ayudan a “ver” esos objetos fríos.

Por último, las líneas de las que hablamos son como huellas dactilares de especies químicas. Las detectamos en el espacio y se ven reflejadas en líneas como las que les muestro:

Espectro de la Barra de Orión:Parte del barrido espectral en la región de fotodisociación de la Barra de Orión obtenido con el radiotelescopio IRAM-30m.Crédito: Sara Cuadrado.

Pues bien, a pesar de que la Barra de Orión es un entorno hostil donde tan solo se esperaban encontrar moléculas muy simples, las observaciones muestran espectros con muchas líneas (¡el equipo ha detectado más de 850!), de las cuales unas 250 corresponden a moléculas orgánicas complejas y precursores relacionados [1]: metanol, formaldehído, ácido fórmico (sí, el de las hormigas), acetaldehído, etc.

¿Qué implica esto?

La zona de la Barra de Orión sufre el castigo constante de la radiación ultravioleta emitida por estrellas masivas jóvenes del entorno. Por eso se pensaba que no podía haber complejidad química. Pero la hay. Y, aunque se desconocen los procesos por los cuales se forman estas especies descubiertas en el borde de la Barra, se han planteado varios escenarios que explicarían cómo se forman las moléculas orgánicas complejas halladas:

  • El primer escenario tendría en cuenta nuevas reacciones químicas que solo se producen en el gas más caliente y que aún no han sido incluidas en los modelos de química teóricos actuales que tratan de reproducir los procesos que se dan en el medio interestelar.
  • En el segundo, las moléculas orgánicas complejas se producirían sobre las superficies calientes de los granos casi desnudos (sin mantos de hielo [2]).
  • Y, en el tercer escenario, la dinámica de las regiones de fotodisociación (algo así como corrientes de movimiento dentro de la nube) haría que las moléculas orgánicas complejas o sus precursoras, que se han formado en los mantos helados de los granos de polvo en el interior de la nube molecular, sublimasen y alcanzasen el borde de la Barra.

En resumen: la presencia de moléculas orgánicas complejas en el medio interestelar es más ubicua de lo que se esperaba inicialmente. Incluye entornos tan adversos como gas en proceso de choque a altas velocidades y, ahora, el gas fuertemente iluminado por radiación ultravioleta lejana. La formación de moléculas orgánicas complejas refleja la complicada interacción entre los procesos químicos que se producen en fase gas y en la superficie de los granos de polvo, dejándonos la pregunta de ¿qué hacen todas esas moléculas en la Barra?

Para Sara Cuadrado, “Las rutas de formación de estas especies no están totalmente claras y pueden incluso no ser las mismas en diferentes ambientes. Se necesitan más estudios teóricos y experimentos de laboratorio para investigar los diferentes procesos químicos que tienen lugar sobre la superficie de los granos. El siguiente paso es, gracias a los nuevos telescopios cada vez más potentes, estudiar regiones similares a la Barra de Orión para saber más sobre los diferentes mecanismos que tienen lugar en estas regiones tan sorprendentes químicamente”.

Volviendo al título de este reportaje, comprenderán que nos preguntemos “¿Qué tiene el ultravioleta, que a todas horas fotodisocia (fotoioniza y fotodesorbe) por los rincones?”.

Notas:

[1] H2CO, CH3OH, HCO, H2CCO, CH3CHO, H2CS, HCOOH, CH3CN, CH2NH, HNCO, H213 CO, y HC3N (en orden decreciente de abundancia). Las densidades de columna inferidas están en el rango 1011— 1013 cm-2. El trabajo también proporciona el límite superior de abundancia para algunas moléculas orgánicas que no han sido detectadas en el barrido espectral, pero que sí están presentes en otras regiones de formación estelar: HDCO, CH3O, CH3NC, CH3CCH, CH3OCH3, HCOOCH3, CH3CH2OH, CH3CH2CN, y CH2CHCN.

[2] La desorción de moléculas orgánicas complejas de los mantos helados que recubren los granos de polvo por acción de la radiación UV es uno de los principales mecanismos de formación de estas especies en el medio interestelar, un mecanismo conocido como fotodesorción. Pero este proceso no se produce en el borde iluminado y más caliente de la Barra de Orión, ya que los granos de polvo ya no están recubiertos por un manto de hielo.

Más información:

Este trabajo ha sido publicado en el artículo científico Complex organic molecules in strongly UV-irradiated gas, por S. Cuadrado (Grupo de Astrofísica Molecular, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid –CSIC, España); J. R. Goicoechea (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM-CSIC, España); J. Cernicharo (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM-CSIC, España); A. Fuente (Observatorio Astronómico Nacional – IGN, España); J. Pety (Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM); LERMA, Observatorio de París, CNRS/PSL Research University, Francia); y B. Tercero (Grupo de Astrofísica Molecular, ICMM-CSIC, España).


3 Comentarios

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Toño

Una pregunta: ¿por qué cuando se habla de radiaciones ionizantes se incluyen los rayos X y los gamma, pero no los ultravioleta? Al fin y al cabo, como se lee en el artículo, el ultravioleta ioniza, ¿no? Y también provoca daños biológicos. ¿Por qué poner la frontera ahí?

MiriamMiriam

El UV rompe moléculas, les hace tilín a otras, y como dice Natalia, le da vidilla a las nubes. La energía del F-UV es menor que 13.6eV, la energía de ionización del Hidrógeno, por ello no tiene fuerza para ionizar átomos. Es decir, hacen falta energías mas altas que el F-UV para ionizar.

AntonioAntonio

El ultravioleta lejano es ionizante pero el cercano no. De todas formas, que sea ionizante o no, depende de la molécula que ionice, por lo que no hay un límite exacto entre ionizante y no ionizante (pero siempre dentro del ultravioleta).

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