Espectroscopia: Identificando moléculas en el Cosmos

Cada elemento químico, cada molécula, cada ion posee unos rasgos característicos que, mediante técnicas espectroscópicas, permiten identificarla unívocamente, de forma similar a como las huellas dactilares identifican a un único individuo.

Una de las técnicas más poderosas que poseen los astrofísicos para investigar el Cosmos es mediante la descomposición de la luz en todos sus colores: la espectroscopía (*).

No importa que los planetas, las estrellas o las galaxias estén a minutos, años o millones de años luz de distancia: la información física y química de sus propiedades ha quedado codificada en su luz. Cada elemento químico, cada molécula, cada ion (un átomo o una molécula con carga eléctrica) posee unos rasgos característicos (líneas espectrales) que, mediante técnicas espectroscópicas, permiten identificarla unívocamente, de forma similar a como las huellas dactilares identifican a un único individuo. Esto es posible porque todos esos compuestos se han podido estudiar en un laboratorio en la Tierra y, gracias a la Mecánica Cuántica, sabemos explicar cómo se originan esas "líneas espectrales" en cada uno de ellos.

En el rango óptico (los colores que nosotros vemos) las líneas espectrales que dominan corresponden a átomos e iones de elementos químicos: hidrógeno, helio, oxígeno, carbono, azufre, calcio, hierro. Estas "líneas" nos han permitido medir distancias a galaxias a miles de millones de años luz, e incluso conocer la composición química de estos objetos tan lejanos en el tiempo y en el espacio. Sin embargo, las observaciones en "colores más rojos y más fríos", en infrarrojo, microondas y ondas de radio, permiten la detección ya no de elementos químicos sino de moléculas, algunas de ellas muy complejas para los estándares del Universo.

Es aquí donde telescopios espaciales como Spitzer (NASA), que observa en el infrarrojo medio, o el complejo de radiotelescopios ALMA (Atacama, Chile), que observa en microondas, están jugando un papel clave a la hora de desentrañar la compleja química que posee el Universo. En la actualidad se han detectado alrededor de 180 moléculas en el medio interestelar de las galaxias y alrededor de estrellas en formación. La gran mayoría son del tipo orgánico, esto es, moléculas con carbono. Las más curiosas son los fullerenos, bolas de 60 ó 70 carbonos unidos entre sí, detectadas por primera vez en 2010 en nebulosas planetarias por un grupo de astrofísicos españoles usando datos de Spitzer.

La química interestelar para formar moléculas suele comenzar en las últimas fases de la vida de las estrellas. Cuando una estrella alcanza la fase de gigante roja, las partes externas de su atmósfera estelar se enfrían, permitiendo la formación de granos de polvo de silicio, hierro, carbono y oxígeno, estos últimos en muchas ocasiones ya formando la molécula de monóxido de carbono, CO, y el carbono también unido al hidrógeno (CH) o nitrógeno (CN). De hecho, las estrellas más frías ya muestran estas "bandas moleculares" en sus espectros.

Una vez la estrella ha muerto el polvo es liberado al medio interestelar. Ahí se encuentra con hidrógeno, a veces ya en forma molecular (H2). En ciertas condiciones (normalmente por la acción de luz ultravioleta de estrellas jóvenes cercanas) el hidrógeno reacciona con los átomos de los granos de polvo, formando así moléculas sencillas como metano (CH4), amoniaco (NH3) y agua (H2O). Si el medio es rico en hidrógeno se generan moléculas como metanol, etanol o formaldehido.

A veces no hace falta polvo para crear moléculas: las condiciones que se dan en las nebulosas y en las estrellas de formación, donde la temperatura es extremadamente baja, permite también su formación. De hecho, identificamos las zonas donde realmente se están formando nuevos soles gracias a las nubes moleculares, que se detectan sobre todo trazando la emisión de la molécula de monóxido de carbono.

Ilustración del disco protoplanetario que rodea a la joven estrella MWC 480. ALMA ha detectado cianuro de metilo, una molécula orgánica compleja, en los confines del disco, en la región donde se cree que se forman los cometas. Esta sería una prueba más de que la química orgánica compleja, así como las condiciones iniciales necesarias para la vida, son universales. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

Precisamente en una reciente nota de prensa emitida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) informa del descubrimiento de la molécula de cianuro de metilo (CH3CN) en el disco protoplanetario que rodea a la joven estrella MWC 480. Este disco frío de polvo y moléculas complejas está localizado en las partes externas del sistema, equivalentemente más allá de la órbita de Neptuno.

Es precisamente de esta región de donde provienen muchos cometas y asteroides que, en tiempos primitivos, caían a menudo a las partes internas del Sistema Solar. Se piensa que estos cuerpos trajeron no sólo gran parte del agua que posee la Tierra sino también las moléculas base para la vida. Resulta que los cianuros y, en concreto, el cianuro de metilo, son clave para la formación de los aminoácidos (la base de las proteínas y componente esencial para la vida) gracias a los enlaces carbono-nitrógeno.

Hasta el descubrimiento de ALMA esto eran conjeturas, pero las observaciones han mostrado que estas moléculas son mucho más abundantes en el sistema protoplanetario que en las nubes interestelares. Esas moléculas complejas podrían caer en cometas hacia los posibles planetas que se están formando en las zonas internas alrededor de MWC 480, donde podrían darse las condiciones necesarias para el surgimiento de la vida.

Más información

 – Nota de prensa de ESO: Descubiertas moléculas orgánicas complejas en un joven sistema estelar, 8 de abril de 2015.

 – Lista de moléculas detectadas en el espacio (180 a noviembre de 2014, en inglés)

 (*) Nótese el autor acentúa adrede "espectroscopía" y, por lo tanto, no sigue las reglas ortográficas que dicta la Real Academia de la Lengua Española en esta palabra, dado que es así como se pronuncia esta palabra entre la comunidad científica de habla española.

Artículo publicado originariamente en el suplemento el Zoco de Diario Córdoba.

Nota relacionada: Génesis planetaria revela espectaculares imágenes de telescopio ALMA.

Fuente: blogalia.com / angelrls.blogalia.com