Un radical sorprendentemente abundante

La región de la nube molecular de Lupus 1, donde se ha descubierto la presencia del radical cetenilo. Creditos: Apo TEC140 (140/f7.2) - FLI Proline 16803 - L (340m) R (120m) G (120m) B (120m) - Warrumbungle Observatory, Coonabarabran, NSW, Australia
La región de la nube molecular de Lupus 1, donde se ha descubierto la presencia del radical cetenilo. Creditos:
Apo TEC140 (140/f7.2) – FLI Proline 16803 – L (340m) R (120m) G (120m) B (120m) – Warrumbungle Observatory, Coonabarabran, NSW, Australia

Las estrellas suelen formarse en nubes oscuras y frías. Pero todo tiene un principio. Cuando aún no ha empezado el proceso de formación estelar en esas nubes, investigaciones recientes revelan que podrían sufrir procesos químicos distintos de los que imaginábamos, adquiriendo un papel relevante los granos de polvo, cuya acción, hasta ahora, se había circunscrito, esencialmente, a las nubes donde ya se conocía la existencia de una estrella naciente. Este trabajo, además de haber descubierto la presencia de cetenilo interestelar (HCCO), plantea la necesidad de revisar la química de estas nubes oscuras y frías.

Las nubes moleculares que encontramos en el medio interestelar son espacios tenues, aparentemente vacíos, en los que nacen las estrellas. Se trata de un proceso por el cual el gas y el polvo contenidos en estas nubes empiezan a condensarse y a fragmentarse en algunos puntos, colapsando por la gravedad y dando lugar a protoestrellas. Aún hay muchas incógnitas relacionadas con los motivos que hacen que este proceso se desencadene. Por ello, las nubes moleculares son entornos muy estudiados en el campo de la astroquímica.

Recientemente, un equipo de investigadores ha estudiado nueve de estas nubes oscuras utilizando datos obtenidos con el radiotelescopio IRAM 30m. Entre ellas, se encontraban tanto nubes oscuras y frías sin núcleos estelares, como nubes moleculares en las que ya ha tenido lugar el nacimiento de una protoestrella.

El análisis detallado de estas observaciones ha revelado, por primera vez, la presencia del radical cetenilo (HCCO) tanto en el núcleo de la nube oscura y fría Lupus-1A [1], en la que aún no hay indicios de la presencia de una protoestrella como en la nube molecular L483, que cuenta con una protoestrella en su interior.

Además, se han hallado moléculas relacionadas con la cetena (H2CCO) y el acetaldehído (CH3CHO) en estas dos fuentes y en tres nubes oscuras más. Finalmente, se ha detectado el radical formilo (HCO) en las nueve fuentes (lo cual ha supuesto una sorpresa) y propileno (CH2CHCH3)[2] en cuatro de las nubes observadas, ampliando significativamente el número de nubes oscuras donde se sabe que estas moléculas están presentes. Este trabajo ha presentado, por tanto, dos nuevos frentes de estudio bastante llamativos.

HCO, tú antes molabas

El radical formilo (HCO) suele ser un trazador de regiones de fotodisociación, es decir, se encuentra en zonas donde hay una intensa actividad de formación estelar y la radiación tiende a romper los enlaces de las moléculas, haciendo difícil la existencia de moléculas complejas. Pero ahora parece confirmarse que no solo está presente en regiones de fotodisociación, sino que también se encuentran en las nubes oscuras y frías: se ha detectado en las nueve nubes estudiadas en este trabajo. [3] Así que, de ser un radical presente solo en zonas activas, ha pasado a estar presente en ambos entornos, perdiendo su exclusividad.

Los modelos químicos en fase de gas de nubes oscuras frías pueden reproducir las abundancias observadas de HCO, pero no pueden explicar la presencia del radical cetenilo (HCCO) en Lupus-1A y L483 y la alta abundancia derivada del propileno.

HCCO, el cetenilo insistente

El verdadero descubrimiento ha sido conocer la abundancia del radical cetenilo. Normalmente se espera que un radical sea menos abundante que su contraparte estable, en nuestro caso, la cetena. Esto es así porque los radicales son químicamente más inestables y reactivos.

Pero tanto en Lupus-1A como en L483, el radical cetenilo es sólo unas 10 veces menos abundante que la cetena, lo cual indica que debe existir un eficaz mecanismo de formación de este radical. Y un dato más: el radical cetenilo (HCCO) hallado en Lupus-1A y L483 es un eslabón perdido en la serie de HxC2O. [4]

Nube con estrella, nube sin estrella

Las moléculas orgánicas son ubicuas en las nubes interestelares. Las más complejas y saturadas se encuentran en nubes en cuyo interior se están formando objetos estelares. La energía liberada por la estrella en formación es el motor que hace que la maquinaria química se ponga en funcionamiento, permitiendo la evaporación térmica de moléculas congeladas sobre la superficie de los granos de polvo.

Pero, en nubes frías oscuras donde aún no hay núcleos estelares, la composición química se caracteriza por ser más simple e insaturada: se encuentran cadenas de carbono altamente insaturadas de las familias de los poliinos y los cianopoliinos, así como moléculas orgánicas relativamente simples portadoras de oxígeno, cuya síntesis depende, en gran medida, de los procesos químicos que tienen lugar en la fase de gas. Al no haber estrella, no hay evaporación de hielos en los granos de polvo.

Sin embargo, la frecuente presencia de metanol (CH3OH) en nubes oscuras frías y las detecciones más recientes de otras moléculas orgánicas complejas y saturadas tales como propileno (CH2CHCH3), formiato de metilo (CH3OCOH), dimetil éter (CH3OCH3), metoxilo (CH3O) y ácido fórmico (HCOOH), han puesto sobre la mesa el papel de las reacciones en la superficie de los granos de polvo y los procesos de desorción no térmicos en estos ambientes fríos y aparentemente tranquilos.

En resumen, las nubes oscuras y frías, en las que aún no se están formando estrellas, podrían sufrir procesos químicos distintos de los que imaginábamos, adquiriendo un papel relevante los granos de polvo, cuya acción, hasta ahora, se había circunscrito, esencialmente, a las nubes donde ya se conocía la existencia de una estrella naciente.

Queda claro que, a la luz de estos nuevos resultados observacionales, será necesario revisar la química de las nubes oscuras frías. Necesitamos para ello profundos estudios observacionales capaces de ampliar tanto el número de fuentes caracterizadas químicamente como el inventario de moléculas identificadas. Todo porque, hasta ahora, pensábamos que los hielos dormían plácidamente sobre los granos de polvo si no había calor que los despertara.

 

Más información:

Este trabajo se ha publicado en el artículo científico Discovery of interstellar ketenyl (HCCO), a surprisingly abundant radical, cuyos autores son Marcelino Agúndez (Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid-CSIC, España); José Cernicharo (Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid-CSIC); y Michel Guélin (Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Francia).

Artículo científico: Discovery of interstellar ketenyl (HCCO), a surprisingly abundant radical
Notas:

[1] Situada en la constelación de Lupus (el lobo), esta zona fue descubierta por Sakai et al. (2010). Este núcleo sin estrellas en la nube molecular de Lupus tiene una riqueza química comparable a la de la nube TMC-1, ampliamente estudiada, y brinda una excelente oportunidad para el estudio de la química de nubes oscuras.

[2] El radical formilo (HCO) solo había sido detectado previamente en L1448, B1 y TMC-1, y el propileno (CH2CHCH3), sólo en TMC-1.

[3] Tal vez se deba a que hasta ahora las búsquedas se habían llevado a cabo en otras longitudes de onda.

[4] Muchas de las moléculas orgánicas portadoras de oxígeno observadas en las nubes oscuras se pueden describir por la fórmula general HxCnO, siendo n = 1 (CO, HCO, H2CO, CH3O, y CH3OH), n = 2 (C2O, H2CCO, y CH3CHO), y n = 3 (C3O y HCCCHO). La formación de la mayoría de ellas se explica razonablemente bien por reacciones químicas de la fase de gas (con notables excepciones como en el caso de CH3OH). Por eso se considera que el radical cetenilo (HCCO) es un eslabón perdido en la serie de HxC2O.

 

 



Por Natalia Ruiz Zelmanovitch
Publicado el ⌚ 22 mayo, 2015
Categoría(s): ✓ Astronomía • Ciencia • Química