Detectan Isopropanol en el centro galáctico

28. Junio 2022

Muchos de nosotros probablemente ya hemos manejado, literalmente, el compuesto químico iso-propanol: puede usarse como antiséptico, disolvente o agente de limpieza. Pero esta sustancia no solo se encuentra en la Tierra: los investigadores dirigidos por Arnaud Belloche del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn han detectado la molécula en el espacio interestelar por primera vez. Se observó en la región masiva de formación estelar Sagitario B2, que se encuentra cerca del centro de nuestra Vía Láctea. La nube molecular es el objetivo de una extensa investigación de su composición química con el telescopio ALMA en el desierto chileno de Atacama.

La búsqueda de moléculas en el espacio ha estado ocurriendo durante más de 50 años. Hasta la fecha, los astrónomos identificaron 276 moléculas en el medio interestelar. La Base de Datos de Colonia para espectroscopia molecular (CDMS) proporciona datos espectroscópicos para detectar estas moléculas, aportados por muchos grupos de investigación, y ha sido fundamental en su detección en muchos casos.

Fig. 1: La posición de la nube molecular de formación estelar Sagitario B2 (Sgr B2) cerca de la fuente central de la Vía Láctea, Sgr A*. La imagen, tomada de GLOSTAR Galactic Plane Survey (Effelsberg & VLA) muestra fuentes de radio en la región del centro galáctico. Los isómeros propanol e isopropanol se detectaron en Sgr B2 utilizando el telescopio ALMA.
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Fig. 1: La posición de la nube molecular de formación estelar Sagitario B2 (Sgr B2) cerca de la fuente central de la Vía Láctea, Sgr A*. La imagen, tomada de GLOSTAR Galactic Plane Survey (Effelsberg & VLA) muestra fuentes de radio en la región del centro galáctico. Los isómeros propanol e isopropanol se detectaron en Sgr B2 utilizando el telescopio ALMA.



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El objetivo del presente trabajo es comprender cómo se forman las moléculas orgánicas en el medio interestelar, en particular en las regiones donde nacen nuevas estrellas, y cuán complejas pueden ser. La motivación subyacente es establecer conexiones con la composición química de los cuerpos en el Sistema Solar, como los cometas.

Una región de formación estelar de gran importancia en nuestra galaxia donde se detectaron muchas moléculas en el pasado es Sagitario B2 (Sgr B2), que se encuentra cerca de la famosa fuente Sgr A *, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.

"Nuestro grupo comenzó a investigar la composición química de Sgr B2 hace más de 15 años con el telescopio IRAM de 30 m", dice Arnaud Belloche del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn / Alemania, el autor principal del artículo de detección. "Estas observaciones fueron exitosas y condujeron en particular a la primera detección interestelar de varias moléculas orgánicas, entre muchos otros resultados".

Con el advenimiento del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hace diez años, se hizo posible ir más allá de lo que se podía lograr hacia Sgr B2 con un telescopio de plato único y se inició un estudio a largo plazo de la composición química de Sgr B2 que aprovechó la alta resolución angular y sensibilidad proporcionada por ALMA.

Hasta ahora, las observaciones de ALMA han llevado a la identificación de tres nuevas moléculas orgánicas (cianuro de isopropil, N-metilformamida, urea) desde 2014. El último resultado dentro de este proyecto de ALMA es ahora la detección de propanol (C3H7OH).

Antenas del observatorio ALMA Aumentar imagen
Antenas del observatorio ALMA

El propanol es un alcohol, y ahora es el más grande de esta clase de moléculas que se ha detectado en el espacio interestelar. Esta molécula existe en dos formas ("isómeros"), dependiendo de a qué átomo de carbono esté unido el grupo funcional hidroxilo (OH): 1) propanol normal, con OH unido a un átomo de carbono terminal de la cadena, y 2) iso-propanol, con OH unido al átomo de carbono central en la cadena. El iso-propanol también es bien conocido como el ingrediente clave en los desinfectantes de manos en la Tierra. Ambos isómeros de propanol en Sgr B2 fueron identificados en el conjunto de datos de ALMA. Es la primera vez que se detecta iso-propanol en el medio interestelar, y la primera vez que se detecta propanol normal en una región de formación estelar. La primera detección interestelar de propanol normal se obtuvo poco antes de la detección de ALMA por un equipo de investigación español con radiotelescopios de plato único en una nube molecular no lejos de Sgr B2. Sin embargo, la detección de isopropanol hacia Sgr B2 solo fue posible con ALMA.

"La detección de ambos isómeros de propanol es excepcionalmente poderosa para determinar el mecanismo de formación de cada uno. Debido a que se parecen tanto entre sí, se comportan físicamente de manera muy similar, lo que significa que las dos moléculas deberían estar presentes en los mismos lugares al mismo tiempo", dice Rob Garrod de la Universidad de Virginia (Charlottesville / EE. "La única pregunta abierta son las cantidades exactas que están presentes, esto hace que su relación interestelar sea mucho más precisa de lo que sería el caso de otros pares de moléculas. También significa que la red química se puede ajustar con mucho más cuidado para determinar los mecanismos por los que se forman".

La red de telescopios de ALMA fue esencial para la detección de ambos isómeros de propanol hacia Sgr B2, gracias a su alta sensibilidad, su alta resolución angular y su amplia cobertura de frecuencia. Una dificultad en la identificación de moléculas orgánicas en los espectros de las regiones de formación estelar es la confusión espectral. Cada molécula emite radiación a frecuencias específicas, su "huella digital" espectral, que se conoce a partir de mediciones de laboratorio.

"Cuanto más grande es la molécula, más líneas espectrales a diferentes frecuencias produce. En una fuente como Sgr B2, hay tantas moléculas que contribuyen a la radiación observada que sus espectros se superponen y es difícil desenredar sus huellas dactilares e identificarlas individualmente ", dice Holger Müller de la Universidad de Colonia, donde se realizó un trabajo de laboratorio especialmente en propanol normal.

Gracias a la alta resolución angular de ALMA, fue posible aislar partes de Sgr B2 que emiten líneas espectrales muy estrechas, ¡cinco veces más estrechas que las líneas detectadas a escalas más grandes con el radiotelescopio IRAM de 30 m! La estrechez de estas líneas reduce la confusión espectral, y esto fue clave para la identificación de ambos isómeros de propanol en Sgr B2. La sensibilidad de ALMA también jugó un papel clave: no habría sido posible identificar propanol en los datos recopilados si la sensibilidad hubiera sido solo dos veces peor.

Esta investigación es un esfuerzo de larga data para sondear la composición química de los sitios en Sgr B2 donde se están formando nuevas estrellas y, por lo tanto, comprender los procesos químicos en el trabajo en el curso de la formación estelar. El objetivo es determinar la composición química de los sitios de formación estelar y posiblemente identificar nuevas moléculas interestelares. "El propanol ha estado durante mucho tiempo en nuestra lista de moléculas para buscar, pero es solo gracias al trabajo reciente realizado en nuestro laboratorio para caracterizar su espectro rotacional que pudimos identificar sus dos isómeros de una manera robusta", dice Oliver Zingsheim, también de la Universidad de Colonia.

La detección de moléculas estrechamente relacionadas que difieren ligeramente en su estructura (como el normal y el isopropanol o, como se hizo en el pasado: cianuro normal e isopropil) y la medición de su relación de abundancia permite a los investigadores sondear partes específicas de la red de reacción química que conduce a su producción en el medio interestelar.

"Todavía hay muchas líneas espectrales no identificadas en el espectro de ALMA de Sgr B2, lo que significa que todavía queda mucho trabajo para descifrar su composición química. En un futuro próximo, la expansión de la instrumentación de ALMA a frecuencias más bajas probablemente nos ayudará a reducir aún más la confusión espectral y posiblemente permitirá la identificación de moléculas orgánicas adicionales en esta espectacular fuente", concluye Karl Menten, Director del MPIfR y Jefe de su departamento de investigación de Astronomía Milimétrica y Submilimétrica.