Scoperte nello spazio interstellare molecole complesse contenenti carbonio

Molecole complesse sono state rilevate in una zona dello spazio chiamata Taurus Molecular Cloud (TMC-1). A fare la scoperta un team di ricercatori guidato dal professor Brett McGuire, assistente del MIT

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A partire dagli anni ’80 sono state trovate molte prove che indicano la presenza di molecole complesse nello spazio interstellare. Buona parte del carbonio potrebbe esistere nello spazio sotto forma di molecole chiamate idrocarburi policiclici aromatici (IPA).

Si è sempre pensato che le molecole IPA si formassero esclusivamente solo in luoghi ad alta temperatura, sul nostro pianeta infatti vengono ottenute dalla combustione dei combustibili fossili o trovate nei residui di carbone lasciati dai cibi cotti alla griglia.


Ma con grande sorpresa queste molecole complesse sono state rilevate in una zona dello spazio chiamata Taurus Molecular Cloud (TMC-1).

A fare la scoperta un team di ricercatori guidato dal professor Brett McGuire, assistente del MIT. Il team ha identificato due IPA all’interno della TMC-1, una nube che non ha ancora iniziato a produrre stelle e con una temperatura di circa 10 gradi sopra lo zero assoluto.

La Taurus Molecular Cloud o TMC-1 è la regione di formazione stellare più vicina al nostro pianeta. A differenza della più famosa regione di formazione stellare di Orione, con la stupenda Nebulosa di Orione e le luminose stelle blu-bianche, TMC non è molto conosciuto. Questo perché non offre molto da vedere in quanto presenta solo una rete oscura che si estende per più di 30 gradi.

Il TMC-1 contiene centinaia di masse solari di idrogeno primordiale, elio ed elementi pesanti forgiati da stelle ormai estinte. Nelle nube ci sono anche granelli di idrocarburi condensati e ghiacciati.

Questa polvere di stelle, i cui componenti vengono rilasciati dai nuclei di stelle simili al Sole, si congelano come fiocchi di neve microscopici nello spazio interstellare, contribuendo a oscurare la luce delle stelle sullo sfondo e conferendo al TMC un aspetto scuro.

Molecole complesse nello spazio interstellare

La scoperta del team guidato da McGuire suggerisce che le molecole complesse possono formarsi a temperature molto più basse di quanto ritenuto finora. Questo potrebbe portare gli scienziati a rivedere l’ipotesi sul ruolo della chimica degli IPA nella formazione di stelle e pianeti.

McGuire, che è uno degli autori senior dello studio, spiega che il rilevamento delle molecole complesse nella TMC-1 oltre a confermare l’ipotesi fatta trent’anni fa porta a domandarsi quali tipi di reazioni subiscono gli IPA, come questi potrebbero formare molecole complesse ancora più grandi e quali implicazioni potrebbero avere nella formazione di pianeti e stelle.

Fin dagli anni ’80, grazie a telescopi a infrarossi, gli astronomi hanno cercato molecole complesse aromatiche formate da uno o più anelli di carbonio.

Si ritiene che circa il 10-25% del carbonio presente nello spazio si trovi negli Idrocarburi Policiclici Aromatici o IPA, che contengono almeno due anelli di carbonio. Purtroppo i segnali infrarossi captati non sono mai stati abbastanza chiari da permettere di distinguere molecole complesse specifiche.

Questo significa che all’epoca non era possibile indagare i meccanismi di come si formano, come reagiscono tra loro o con altre molecole, come vengono distrutte e come avviene l’intero ciclo del carbonio durante il processo di formazione di stelle e pianeti che, almeno sulla Terra ha portato alla vita.

La radioastronomia è un settore della ricerca molto importante già dagli anni ’60 del secolo scorso, ma solo da una decina d’anni i radioastronomi dispongono di strumenti abbastanza potenti da rilevare queste grandi molecole complesse.

I radiotelescopi possono captare gli spettri rotazionali delle molecole, che sono i modelli distintivi della luce che le molecole emettono. I ricercatori possono quindi provare a far corrispondere i modelli osservati nello spazio con i modelli che hanno osservato in laboratorio.

I modelli, una volta trovati, possono dare molte indicazioni aggiuntive sulle molecole complesse, in base alle linee dello spettro si può ricavare la loro temperatura e capire cosi in che tipo di ambiente si sono formate.

Il team guidato da McGuire studia TMC-1 da diversi anni perché precedenti osservazioni hanno rivelato la presenza di molecole complesse di carbonio. Alcuni anni fa, un membro del gruppo ha osservato che TMC-1 contiene benzonitrile, un anello composto da sei atomi di carbonio legati a un gruppo nitrile (carbonio-azoto).

I ricercatori hanno quindi utilizzato il Green Bank Telescope, il più grande radiotelescopio orientabile al mondo, per confermare la presenza di benzonitrile. Nei loro dati, hanno trovato le firme di altre due molecole: gli IPA riportati in questo studio.

Quelle molecole complesse, chiamate 1-cyanonaphthalene e 2-cyanonaphthalene, sono costituite da due anelli benzenici fusi insieme, con un gruppo nitrile attaccato a un anello.

Trovare queste molecole all’interno di una nube freddissima come TMC-1, priva di stelle. suggerisce che gli IPA non sono solo il prodotto di stelle morenti, ma possono essere sintetizzati da molecole più piccole.

La chimica e il carbonio

Il carbonio ricopre un ruolo fondamentale nella formazione dei pianeti, quindi il suggerimento che gli IPA potrebbero essere presenti anche in regioni dello spazio interstellare fredde e senza stelle, potrebbe spingere gli scienziati a ripensare le loro teorie su quali sostanze chimiche sono disponibili durante la formazione dei pianeti.

Quando gli IPA reagiscono con altre molecole complesse, possono formare grani di polvere interstellare, che rappresentano i semi che in seguito diventeranno asteroidi e pianeti.

Il team ha intenzione di scoprire come sono nati gli IPA e quali reazioni chimiche possono svilupparsi nello spazio interstellare. Proseguiranno inoltre lo studio di TMC-1 con il Green Bank Telescope.

Una volta ottenute ulteriori osservazioni dalla nube interstellare, potranno provare a far corrispondere le firme trovate con i dati di laboratorio inserendo due molecole in un reattore e facendole reagire utilizzando la corrente elettrica, spezzandone i legami e lasciandole ricombinare.

Ciò potrebbe portare alla nascita di centinaia di molecole diverse, molte delle quali non sono mai state osservate.