En busca del azufre perdido. Trilogía de L483 (Primera parte)

Por Natalia Ruiz Zelmanovitch, el 18 junio, 2019. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Química
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Imagen de la región de L483 captada por el telescopio espacial Spitzer de la NASA.

Dos especies, HCS y HSC, identificadas por primera vez en el espacio

Durante las últimas décadas, a diversos equipos de investigación que trabajan estudiando diferentes zonas del espacio les ha surgido la misma pregunta: ¿dónde está el azufre que falta? Es lo que pasa, por ejemplo, con el estudio de algunos discos protoplanetarios y de las nubes interestelares. Y es que la química del azufre fuera de la Tierra, sobre todo en las nubes oscuras y frías, en las que hoy nos centraremos, presenta algunas incógnitas como la detección de menos cantidad de azufre de la esperada.

El azufre en fase gas puede encontrarse formando parte de distintas moléculas (lo que se denomina especies “portadoras” de azufre).  Sin embargo, estas especies sólo representan menos del 0,1% de la abundancia cósmica del azufre estimada para nubes oscuras, es decir, solo se ha detectado una ínfima cantidad de lo que se supone que debería estar ahí.

El caso de HCS y HSC en la nube fría L483

El equipo encabezado por Marcelino Agúndez, investigador Ramón y Cajal del Instituto de Física Fundamental del CSIC, que está entre quienes buscan el “azufre perdido”, detectó dos nuevas moléculas portadoras de azufre: el radical HCS y su isómero, menos estable, HSC. Las han identificado en la nube densa L483, una fuente con una química muy rica y donde también se han descubierto nuevas moléculas de otras familias (como HCCO, NCCNH+ y NS+).

L483 es una nube molecular, ubicada en la Grieta del Águila, que alberga a la protoestrella IRAS 18148-0440. Esta protoestrella está en plena transición, pasando de ser una protoestrella de clase 0 a clase I, es decir, el polvo y el gas de su alrededor van tomando forma de disco y empiezan a distinguirse sus capas (aunque aún no tiene reacciones en el núcleo, eso vendrá después de pasar por las fases II y III, tras lo cual acabará siendo una estrella de pleno derecho).

La presencia de la protoestrella en L483 conlleva una gran actividad, con material de la nube que cae por gravedad sobre ella, engordándola, así como un potente chorro de materia que emana de la misma, llevándose gran parte del momento angular y favoreciendo el proceso de formación estelar. Dado el entorno, debería tener azufre a cascoporro, así que hay que identificarlo entre los datos de las observaciones.

Las moléculas con azufre descubiertas, HCS y HSC, no son lo suficientemente abundantes como para explicar el problema del azufre perdido, pero su detección ha permitido poner de manifiesto varias peculiaridades sobre cómo funciona la química del azufre en nubes interestelares. Puesto que el azufre está en la misma columna de la tabla periódica que el oxígeno, se considera que ambos elementos tienen propiedades químicas similares. Sin embargo, la detección de HCS y HSC ha desvelado que la química del azufre y la del oxígeno se comportan de forma significativamente diferente a lo esperado.

Veamos por qué.

Para entenderlo, comparamos las abundancias de las moléculas con azufre con las de sus análogos con oxígeno. Es decir, si hablamos de la molécula con hidrógeno, carbono y azufre (HCS), su análogo con oxígeno es HCO (hidrógeno, carbono y oxígeno). De esta forma podemos comparar las abundancias relativas de las especies portadoras de azufre H2CS/HCS  (siendo H2CS la forma estable y HCS el radical inestable) con las cantidades relativas de H2CO/HCO.

El resultado es que en L483, el H2CO (formaldehído) es diez veces más abundante que el HCO (radical formilo). Pero en el caso de su análogo con azufre no ocurre lo mismo, ya que el H2CS (Tioformaldehído) es tan abundante como  el HCS. Además, en L483 el HCS es incluso más abundante que el HCO, lo cual resulta sorprendente, dado que el oxígeno es más abundante que el azufre en el cosmos.

Por otro lado, el isómero metaestable HSC se encuentra con una baja abundancia, mientras que su análogo de oxígeno HOC todavía no se ha observado en el espacio, fundamentalmente porque hay una total falta de información experimental sobre esta especie (no se ha logrado caracterizarlo en experimentos de laboratorio).

Ahondando un poco en el título de este reportaje, nos preguntamos, de nuevo, dónde está el azufre que no vemos. Es interesante destacar un reciente estudio, de Vidal et al., “On the reservoir of sulphur in dark clouds: chemistry and elemental abundance reconciled”) en el que se concluye que la mayor parte del azufre en nubes frías oscuras debería estar en forma de hielos de H2S y SH sobre la superficie de los granos de polvo.

Este estudio también indicaba que, para detectar HCS en fase gas, serían necesarias más de mil horas de observación con el telescopio IRAM 30 m, concluyendo que era difícil localizar HCS en fase gas en las nubes oscuras y frías. Sin embargo, este trabajo, según palabras de Agúndez, “demuestra que, aunque quedan muchas incógnitas por resolver, hemos logrado detectar la presencia de HCS con muchas menos horas de observación”.

¿Y dónde está entonces el azufre que falta en las nubes oscuras y frías? Es posible que ese azufre se deposite sobre los granos de polvo, aunque no está claro de qué manera. Parte del mismo podría quedar atrapado en el núcleo de los granos como compuestos refractarios y otra parte podría estar en forma de hielos. Aunque también es posible que las moléculas de la fase gas que aún no han sido identificadas puedan contener una importante cantidad de azufre. Incluso puede que se encuentre en forma atómica.

Así que suponemos que el azufre está ahí, pero que aún no hemos podido detectarlo con nuestros instrumentos. Por otro lado, los estudios de esta región no han desvelado solo su “falta” de azufre… pero eso será en el próximo capítulo de esta trilogía sobre L483, la nube oscura que tantas cosas tiene que revelarnos sobre la complejidad química del universo.

 

Más información:

Este trabajo ha sido publicado en el artículo “Detection of interstellar HCS and its metastable isomer HSC: new pieces in the puzzle of sulfur chemistry”, A&A 611, L1 (2018). Por M. Agúndez, N. Marcelino, J. Cernicharo (Instituto de Física Fundamental, CSIC) y M. Tafalla, (Observatorio Astronómico Nacional, IGN). Basado en observaciones llevadas a cabo con el Telescopio IRAM 30m.

IMAGEN: Imagen de la región de L483 captada por el telescopio espacial Spitzer de la NASA. http://www.spitzer.caltech.edu/images/3132-sig10-006e-Protostellar-Envelope-and-Jet-L483



Por Natalia Ruiz Zelmanovitch, publicado el 18 junio, 2019
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