Un team internazionale di scienziati, tra cui gli astronomi dell’Università del Michigan, ha utilizzato i dati raccolti dal telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per rilevare per la prima volta una molecola fondamentale per la formazione sistemi planetari che può sostenere la vita.
Un team internazionale di scienziati ha utilizzato i dati raccolti dal telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per rilevare per la prima volta una molecola nota come catione metilico (CH3+), situata nel disco protoplanetario che circonda una giovane stella. Questo grafico mostra l’area al centro della Nebulosa di Orione, che si trova a circa 1.350 anni luce dalla Terra, studiata dal team. Credito immagine: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), il team PDRs4All ERS
La molecola, nota come catione metilico (CH3+), è stata rilevata nel disco protoplanetario, un disco di polvere che ruota attorno a una stella centrale da cui possono essere costruiti pianeti, circondando una giovane stella.
Questa semplice molecola ha una proprietà unica: reagisce in modo relativamente inefficiente con l’elemento più abbondante nel nostro universo (l’idrogeno), ma reagisce prontamente con altre molecole e quindi avvia la crescita di molecole più complesse a base di carbonio.
La chimica del carbonio è particolarmente interessante per gli astronomi perché tutta la vita conosciuta è basata sul carbonio. Il ruolo vitale di CH3+ nella chimica del carbonio interstellare era stato previsto negli anni ’70, ma le capacità uniche di JWST hanno finalmente reso possibile l’osservazione, in una regione dello spazio in cui alla fine potrebbero formarsi pianeti in grado di ospitare la vita.
Gli astronomi sono stati in grado di rilevare CH3+ con un’analisi esperta interdisciplinare, compreso il contributo chiave degli spettroscopisti di laboratorio.
Il telescopio spaziale James Webb. Credito immagine: NASA-GSFC/Adriana M. Gutierrez
I composti del carbonio costituiscono le fondamenta di tutta la vita conosciuta e come tali sono di particolare interesse per gli scienziati che lavorano per capire sia come si è sviluppata la vita sulla Terra, sia come potrebbe potenzialmente svilupparsi altrove nel nostro universo.
In quanto tale, la chimica organica interstellare è un’area di grande fascino per gli astronomi che studiano i luoghi in cui si formano nuove stelle e pianeti.
Gli ioni molecolari contenenti carbonio sono particolarmente importanti perché reagiscono con altre piccole molecole per formare composti organici più complessi anche a basse temperature interstellari. Il catione metilico (CH3+) è uno di questi ioni a base di carbonio. Il CH3+ è stato ritenuto dagli scienziati di particolare importanza sin dagli anni ’70 e ’80.
Ciò è dovuto a un’affascinante proprietà del CH3+, ovvero che reagisce con un’ampia gamma di altre molecole. Questo piccolo catione è abbastanza significativo da essere teorizzato come la pietra angolare della chimica organica interstellare, eppure fino ad ora non è mai stato rilevato.
Disco protoplanetario – interpretazione artistica. Credito immagine: NASA
Le proprietà uniche di JWST lo hanno reso lo strumento ideale per la ricerca di questo catione cruciale e già un gruppo di scienziati internazionali lo ha osservato per la prima volta con JWST.
In particolare, il team internazionale ha rilevato una caratteristica di una molecola sconosciuta vicino a 7 micron di lunghezza d’onda. astronomi della messaggistica unificata Filippo Alarcon E Ted Bergin ha tentato di esplorare quale potenziale molecola stava emettendo da un vasto assortimento di costituenti precedentemente noti.
Tuttavia, non sono stati in grado di isolarlo da nessuno spettro di emissione molecolare noto, rivelando che si trattava veramente di una nuova molecola rilevata: CH3+, uno dei fattori chiave della chimica degli idrocarburi.
“CH3+ è il precursore di quasi tutte le molecole contenenti carbonio che rileviamo nello spazio. Le molecole che si sono formate da CH3+ si trovano in stelle e pianeti che nascono in galassie lontane, tracciando le prime fasi della formazione galattica nell’universo. Questa è la primissima rilevazione di questo ione fulcro che è possibile solo grazie all’incredibile sensibilità di JWST”, ha affermato Bergin, presidente del Dipartimento di astronomia della messaggistica unificata.
“Questo rilevamento convalida teorie vecchie di decenni su come si formano le molecole nel freddo, decine di gradi sopra lo zero assoluto (-441 gradi Fahrenheit) dello spazio interstellare”.
Il segnale CH3+ è stato rilevato nel sistema di dischi stella-protoplanetari noto come d203-506, che si trova a circa 1350 anni luce di distanza, nella Nebulosa di Orione. Mentre la stella in d203-506 è una piccola stella nana rossa, con una massa solo circa un decimo di quella del Sole, il sistema è bombardato da forti radiazioni ultraviolette provenienti da vicine stelle calde, giovani e massicce.
Gli scienziati ritengono che la maggior parte dei dischi protoplanetari che formano pianeti attraversino un periodo di radiazioni ultraviolette così intense, poiché le stelle tendono a formarsi in gruppi che spesso includono stelle massicce che producono ultravioletti.
“Mentre la presenza di CH3+ conferma le previsioni precedenti, spinge anche la nostra comprensione della chimica interstellare aprendo nuove strade per la ricerca in aree multidisciplinari tra cui la formazione/composizione di analoghi al nostro sistema solare”, ha detto Alarcón, uno studioso di Fullbright e dottorando presso UM.
“Gli spettri JWST portano l’impronta dell’emissione da un’ampia varietà di molecole che mostrano il suo vero potenziale nello spingere il confine della nostra attuale comprensione dell’universo”.
Affascinante, le prove dei meteoriti suggeriscono che anche il disco protoplanetario che ha formato il nostro sistema solare era soggetto a una grande quantità di radiazione ultravioletta, emessa da una stella compagna del nostro Sole che è morta da tempo (le stelle massicce bruciano intensamente e muoiono molto più veloce di stelle meno massicce).
Il fattore di confusione in tutto questo è che la radiazione ultravioletta è stata a lungo considerata puramente distruttiva per la formazione di molecole organiche complesse, eppure ci sono prove evidenti che l’unico pianeta che supporta la vita che conosciamo sia nato da un disco che era fortemente esposto ad esso.
Il team che ha eseguito questa ricerca potrebbe aver trovato la soluzione a questo enigma. Il loro lavoro prevede che la presenza di CH3+ sia infatti collegata alla radiazione ultravioletta, che fornisce la fonte di energia necessaria per la formazione di CH3+.
Inoltre, il periodo di radiazione ultravioletta sperimentato da alcuni dischi sembra avere un profondo impatto sulla loro chimica.
Ad esempio, le osservazioni JWST di dischi protoplanetari che non sono soggetti a intense radiazioni ultraviolette da una fonte vicina mostrano una grande abbondanza di acqua, in contrasto con d203-506, dove il team non è riuscito a rilevare l’acqua.
“Questo dimostra chiaramente che la radiazione ultravioletta può cambiare completamente la chimica di un disco proto-planetario”, ha detto l’autore principale Olivier Berné dell’Università di Tolosa, in Francia.
“Potrebbe effettivamente svolgere un ruolo fondamentale nelle prime fasi chimiche delle origini della vita, aiutando a produrre CH3+, qualcosa che forse è stato precedentemente sottovalutato”.
Sebbene la ricerca pubblicata già negli anni ’70 prevedesse l’importanza del CH3+, in precedenza era praticamente impossibile rilevarlo. Molte molecole nei dischi protoplanetari vengono osservate utilizzando radiotelescopi.
Tuttavia, affinché ciò sia possibile, le molecole in questione devono possedere quello che è noto come “momento di dipolo permanente”, il che significa che la geometria della molecola è tale che la sua carica elettrica è permanentemente sbilanciata, dando alla molecola un “momento di dipolo” positivo e uno negativo. FINE’.
CH3+ è simmetrico, e quindi la sua carica è bilanciata, e quindi manca del momento di dipolo permanente necessario per le osservazioni con i radiotelescopi. Sarebbe teoricamente possibile osservare le righe spettroscopiche emesse da CH3+ nell’infrarosso, ma l’atmosfera terrestre le rende sostanzialmente impossibili da osservare dalla Terra.
Pertanto, era necessario utilizzare un telescopio spaziale sufficientemente sensibile in grado di osservare i segnali nell’infrarosso. Gli strumenti MIRI e NIRSpec di JWST erano perfetti per il lavoro. In effetti, un rilevamento di CH3+ era stato precedentemente così sfuggente che quando il team ha visto per la prima volta il segnale nei propri dati, non era sicuro di come identificarlo.
Sorprendentemente, il team è stato in grado di interpretare il risultato in quattro brevi settimane, attingendo all’esperienza di un team internazionale con una vasta gamma di competenze.
La scoperta di CH3+ è stata possibile grazie a una collaborazione tra astronomi osservativi, modellatori astrochimici, teorici e spettroscopisti sperimentali, che hanno combinato le capacità uniche del JWST nello spazio con quelle dei laboratori terrestri al fine di indagare e interpretare con successo la composizione del nostro universo locale e Evoluzione. “
Fonte: Università del Michigan
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
