Observaciones de moléculas orgánicas en nebulosas planetarias

Astrónomos de la Universidad de Arizona han detectado moléculas orgánicas en nebulosas planetarias y en los confines de la Vía Láctea.

Un equipo dirigido por Lucy Ziurys informó en la Reunión 238 de la Sociedad Astronómica Americana (AAS) sobre observaciones de moléculas orgánicas en nebulosas planetarias con un detalle y una resolución espacial sin precedentes. Utilizando el Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, Ziurys y su equipo observaron las emisiones de radio del cianuro de hidrógeno (HCN), el ion formilo (HCO+) y el monóxido de carbono (CO) en cinco nebulosas planetarias: M2-48, M1-7, M3-28, K3-45 y K3-58.

Se descubrió que la emisión de estas moléculas delinea las formas de las nebulosas planetarias, que anteriormente sólo se habían observado en luz visible. En algunos casos, las firmas moleculares revelaron rasgos nunca antes vistos. La alta resolución de un arcosegundo dio como resultado imágenes sorprendentes de las nebulosas, mostrando claramente las complejas geometrías del denso material expulsado con barras, lóbulos y arcos nunca antes observados con claridad.

Las nebulosas planetarias son objetos brillantes que se producen cuando las estrellas de un determinado tipo llegan al final de su evolución. Se espera que la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia, incluido el Sol, terminen su vida de esta manera.

A medida que la estrella moribunda arroja grandes cantidades de su masa al espacio y se convierte en una enana blanca, suele emitir una fuerte radiación ultravioleta. Durante mucho tiempo se pensó que esta radiación rompía las moléculas lanzadas al medio interestelar desde la estrella moribunda y las reducía a átomos.

Sin embargo, la detección de moléculas orgánicas en las nebulosas planetarias en los últimos años ha demostrado que no es así, y las observaciones presentadas aquí apoyan aún más la idea de que las nebulosas planetarias sirven como fuentes críticas que siembran el medio interestelar con moléculas que sirven como ingredientes crudos en la formación de nuevas estrellas y planetas. Se cree que las nebulosas planetarias aportan el 90% del material del medio interestelar, mientras que las supernovas añaden el 10% restante.

"Se pensaba que las nubes moleculares que darían lugar a nuevos sistemas estelares tendrían que empezar de cero y formar estas moléculas a partir de los átomos --recuerda Ziurys, profesor de química y astronomía de la UArizona--. Pero si el proceso comienza con moléculas en su lugar, podría acelerar drásticamente la evolución química en los sistemas estelares nacientes".

Ziurys y su equipo creen que el comportamiento de cambio de forma en la geometría de las nebulosas puede estar impulsado por ciertos procesos implicados en la nucleosíntesis, es decir, la forja de nuevos elementos dentro de una estrella.

"Nos dice que en una estrella moribunda, que es esférica hasta su fase final, se produce una dinámica muy interesante una vez que pasa por la etapa de nebulosa planetaria, que cambia esa forma esférica --explica Ziurys en un comunicado--. Estas estrellas simplemente pierden su masa, por lo que realmente no hay ningún mecanismo para que de repente se conviertan en bipolares o incluso cuadripolares".

Según los investigadores, una posible explicación podría ser los destellos de helio, que se originan en una cáscara caliente y convectiva alrededor del núcleo de una estrella moribunda y que posiblemente podría proporcionar una fuente de síntesis nuclear explosiva lejos del centro de la estrella, dando lugar a las formas tan complejas que se observan en algunas nebulosas.

"Esto probablemente podría distorsionar la forma esférica porque un destello de helio puede explotar a través de los polos de una estrella, donde será dirigido por los campos magnéticos, y eso tendrá un efecto en la forma de la nebulosa que se formará a su alrededor", añade.

Según Ziurys, muchas nebulosas planetarias son una especie de enigma, porque evolucionaron a partir de estrellas esféricas, pero luego dieron lugar a estructuras bipolares o incluso cuadripolares.

En una segunda presentación, Lilia Koelemay, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Ziurys, ha informado sobre el descubrimiento de moléculas orgánicas en las afueras de la Vía Láctea, a más del doble de distancia del centro galáctico de lo que se conoce como Zona Habitable Galáctica (GHZ).

La GHZ de la Vía Láctea, que incluye el sistema solar, es una región que se considera que tiene condiciones favorables para la formación de vida. Se cree que se extiende hasta sólo 10 kiloparsecs, o unos 32.600 años luz, desde el centro galáctico.

Utilizando el telescopio ARO de 12 metros de la UArizona, situado en Kitt Peak, cerca de Tucson (Arizona), Koelemay, Ziurys y su equipo buscaron en 20 nubes moleculares de los brazos Cygnus de la Vía Láctea los espectros de emisión característicos del metanol, una molécula orgánica básica. Estas nubes, con una temperatura de apenas 20 Kelvin, suelen ser extremadamente frías y estar alejadas del centro galáctico, a una distancia de entre 13 y 23,5 kiloparsecs. El equipo detectó metanol en las 20 nubes.

Según Koelemay, la detección de estas moléculas orgánicas en el borde de la galaxia puede implicar que la química orgánica sigue prevaleciendo en los confines de la galaxia, y que la GHZ puede extenderse mucho más allá del centro galáctico que el límite establecido actualmente.

"Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo sobre la extensión de la química orgánica en nuestra galaxia, y siempre se pensó que más allá de nuestro sol no íbamos a ver muchas moléculas orgánicas --señala Koelemay--. La suposición generalizada era que en las afueras de nuestra galaxia no se da la química necesaria para formar sustancias orgánicas".

Esta conclusión se basaba en parte en la supuesta escasez de moléculas orgánicas en los confines de la galaxia, según los investigadores. La noción de zona habitable galáctica se basa en la idea de que, para que existan condiciones de habitabilidad en las que pueda evolucionar la vida, un sistema planetario no puede estar demasiado cerca del centro galáctico, con su altísima densidad de estrellas y su intensa radiación, y tampoco puede estar demasiado lejos, porque no habría suficientes elementos críticos para la vida, como el oxígeno, el carbono y el nitrógeno.

Las observaciones fueron posibles gracias a un nuevo receptor de 2 milímetros de longitud de onda con una sensibilidad sin precedentes. "Sin este nuevo instrumento, estas observaciones habrían necesitado cientos de horas, lo que es inviable", admite Ziurys

Recientemente, Koelemay ha comenzado a buscar otras moléculas además del metanol, como el cianuro de metilo, moléculas orgánicas con estructuras de anillo y otras que contienen grupos funcionales conocidos por ser bloques de construcción cruciales para las biomoléculas.

El descubrimiento de estas moléculas en el medio interestelar ha suscitado un gran interés, ya que muchos investigadores las consideran candidatas prometedoras para la aparición de la vida. Cuando las moléculas orgánicas están presentes en los sistemas planetarios emergentes, pueden condensarse en las superficies de los asteroides, que luego las llevan a los planetas nacientes, donde podrían poner en marcha la evolución de la vida.

"Estamos encontrando estas especies en las afueras de la galaxia, y la abundancia no disminuye ni siquiera a 10 kiloparsecs del sistema solar, donde no se creía que se produjera la química necesaria para construir las moléculas necesarias para la vida --resalta Ziurys--. El hecho de que estén ahí amplía las perspectivas de que se formen planetas habitables mucho más allá de lo que se ha considerado la zona habitable es extremadamente emocionante".