La investigación de laboratorio ha revelado cómo los átomos de carbono se difunden en la superficie de los granos de hielo interestelar para formar compuestos orgánicos complejos (a base de carbono) que son fundamentales para desentrañar la complejidad de la química cósmica. La lista de moléculas orgánicas detectadas en el espacio y la comprensión de cómo interactúan se amplía constantemente gracias a las continuas mejoras en las técnicas de observación directa; sin embargo, los experimentos de laboratorio que revelan procesos complejos también pueden proporcionar pistas importantes.
Representación artística de la formación de compuestos orgánicos en el hielo interestelar. Fuente: Masashi Tsuge
Investigadores de la Universidad de Hokkaido, en colaboración con colegas de la Universidad de Tokio en Japón, informan en la revista Nature Astronomy sobre nuevos conocimientos de laboratorio sobre el papel central de los átomos de carbono en los granos de hielo interestelares.
Se cree que algunas de las moléculas orgánicas más complejas del espacio se crean a temperaturas extremadamente bajas en las superficies de partículas de hielo interestelares. Se entiende que en el universo abundan las partículas de hielo aptas para este fin.
Todas las moléculas orgánicas se basan en un esqueleto de átomos de carbono unidos. La mayoría de los átomos de carbono se forman inicialmente a través de reacciones de fusión nuclear en estrellas y, finalmente, se dispersan en el espacio interestelar cuando la estrella muere en una explosión de supernova. Pero para formar moléculas orgánicas complejas, los átomos de carbono necesitan un mecanismo para agruparse en la superficie de las partículas de hielo, encontrarse con átomos asociados y formar enlaces químicos con ellos. Una nueva investigación sugiere un posible mecanismo.
Por encima de 30 Kelvin (menos 243 grados Celsius / menos 405,4 grados Fahrenheit), los átomos de carbono se difunden y se combinan para formar el carbono diatómico C2. Fuente: MasashiTsuge et al., Nature Astronomy. 14 de septiembre de 2023
Masashi Tsuge, químico del Instituto de Ciencias Criogénicas de la Universidad de Hokkaido, dijo: "En nuestro estudio, reproducimos condiciones interestelares factibles en el laboratorio y pudimos detectar la reacción de difusión de átomos de carbono débilmente unidos en la superficie de las partículas de hielo y generar moléculas C2. C2, también conocido como carbono diatómico, es una molécula en la que dos átomos de carbono están unidos entre sí; su formación es una evidencia concreta de la presencia de átomos de carbono difusos en las partículas de hielo interestelar".
El estudio encontró que esta difusión puede ocurrir a temperaturas superiores a 30 Kelvin (menos 243 grados Celsius / 405,4 grados sobre cero Fahrenheit), y en el espacio, solo se necesitan 22 Kelvin (menos 251 grados Celsius / 419,8 grados Fahrenheit sobre cero) para activar la difusión de átomos de carbono.
Masashi Tsuzuki (izquierda), primer autor y autor correspondiente del artículo, y Naoki Watanabe (derecha), coautor. Fuente: Masashi Tsuge
Zhezhi dijo que los hallazgos colocan un proceso químico previamente pasado por alto en el marco explicativo de cómo se construyen moléculas orgánicas más complejas mediante la adición continua de átomos de carbono. Él cree que estos procesos pueden ocurrir en los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas, a partir de los cuales se forman los planetas. Las condiciones necesarias también pueden desarrollarse en las llamadas nubes translúcidas, que eventualmente evolucionan hacia regiones de formación de estrellas. Esto también podría explicar el origen de las sustancias químicas en la Tierra que podrían haber dado lugar a la vida.
Además de las preguntas sobre el origen de la vida, esta investigación añade un nuevo proceso fundamental a la variedad de reacciones químicas que pueden haber estructurado, y aún pueden estructurar, la química basada en el carbono en todo el universo.
Los autores también resumen la comprensión actual de la formación de sustancias químicas orgánicas complejas en el espacio en general, y consideran cómo las reacciones impulsadas por la difusión de átomos de carbono podrían cambiar la situación actual.