Así se forman los bloques de la vida en el espacio

Desde un ser humano hasta un hormiga. Desde una bacteria hasta un elefante. La vida en la Tierra tiene una diversidad actual de unos 5.000.000 de especies de las cuales 1.500.000 están nombradas (M.J. Costello et al, 2013). Pero si desmenuzamos cualquiera de esas especies, por muy grandes o pequeñas que sean, siempre llegamos a los mismos componentes: átomos de carbono unidos a hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, fundamentalmente. Estos compuestos sabemos cómo se forman en nuestro planeta, algunos de ellos los hemos encontrado en el espacio, pero ahí fuera ya no está tan claro cómo se forman.

Gracias a la innovación tecnológica cada vez estamos más cerca de resolver cuestiones como la de conocer el origen en el espacio de estos compuetos básicos para la vida tal y como la conocemos. Y esta respuesta nos la facilita el observatorio espacial Herschel de la ESA (Agencia Espacial Europea), que estuvo en funcionamiento hasta el 29 de abril de 2013. Sus datos han revelado a los científicos que la radiación ultravioleta de las estrellas desempeña un papel clave en la creación de estas moléculas, en lugar de destrozarlas, como se pensaba inicialmente.

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Representación artística del observatorio espacial Herschel. Créditos: ESA.

Herschel ha analizado la región de formación estelar más cercana a nuestro planeta: la nebulosa de Orión, que durante todo el otoño e invierno puede verse incluso a simple vista justo debajo de las estrellas Alnilam, Alnitak y Mintaka, aquéllas que forman el Cinturón de Orión. Y ha sido en esta región donde los científicos han estudiado los ingredientes de la química del carbono en cuanto a cantidades, temperaturas y movimientos moleculares.

A principios de la década de los años 40 del siglo pasado, las moléculas CH y CH+ fueron dos de las tres primeras en ser detectadas en el espacio interestelar. Ahora, examinando las nubes moleculares en Orión con Herschel, los científicos han quedado sorprendidos al comprobar que la molécula CH+ emite luz en lugar de absorberla. ¿Y esto qué quiere decir? Indica que tiene mayor temperatura que la nube de fondo. Lo que también resulta desconcertante es la abundancia de esta molécula. Hay más de la esperada, y es que sabemos que esta molécula necesita mucha energía para formarse y es extremadamente reactiva ya que se destruye cuando interactúa con el hidrógeno de la nube. Hay algo que se nos escapa.

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La nebulosa de Orión vista en el infrarrojo por el observatorio espacial Herschel. Créditos: ESA/NASA/JPL-Caltech (imagen original).

Muchos estudios han tratado de resolver el misterio de la abundancia de la molécula CH+ pero sus observaciones estaban limitadas debido al escaso número de estrellas disponibles. Con Herschel, la cosa ha cambiado por dos cosas fundamentales. Primera: ha estudiado la zona en el rango del infrarrojo lejano del espectro electromagnético, una banda que está asociada con objetos fríos y en la que ningún otro telescopio espacial había observado antes. Segunda: ha podido analizar la nebulosa en su conjunto en lugar de observar estrellas individuales. Todo esto se ha hecho con el instrumento HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared), que además es extremadamente sensible al movimiento de las nubes de gas.

Una de las principales teorías que intentaba explicar el origen de estos compuestos de carbono en el espacio apuntaba a que se formaban en choques a partir de eventos que generaban turbulencias, como la explosión de supernovas o estrellas jóvenes que expulsaban material. Estas perturbaciones en forma de onda de choque se pensaba que eran capaces de extraer electrones de los átomos, pudiendo formar iones, que son más propensos a combinarse con otros elementos. Pero… ¡sorpresa! El nuevo estudio no encontró ninguna correlación entre estos choques y la cantidad del ión CH+ en la nebulosa de Orión.

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La nebulosa de Orión en el infrarrojo, marcando con un recuadro la zona en la que se encuentra el ión carbono, destacándose en la ampliación como la zona de color amarillo. Créditos: ESA/NASA/JPL-Caltech (imagen original).

Los datos de Herschel muestran que estos iones CH+ pudieron formarse más probablemente por la radiación ultravioleta proviniente de la estrellas jóvenes de la nebulosa de Orión, que, en comparación con el Sol, son más calientes, más masivas y emiten mucha más luz ultravioleta. De esta forma, cuando una molécula absorbe un fotón de luz se excita y tiene más energía para reaccionar con otras partículas, y en el caso de una molécula de hidrógeno, vibra, gira más rápido -e incluso ambas- cuando es golpeada por un fotón ultravioleta.

This spectacular image of the Orion Nebula star-formation region was obtained from multiple exposures using the HAWK-I infrared camera on ESO’s Very Large Telescope in Chile. This is the deepest view ever of this region and reveals more very faint planetary-mass objects than expected.

Espectacular imagen de la nebulosa de Orión obtenida con la cámara infrarroja HAWK-I. Créditos: ESO/H. Drass et al. (imagen ampliada).

Ahora sabemos que cuando la luz ultravioleta de las estrellas calienta las moléculas de hidrógeno que las rodea, se generan unas condiciones ideales para la formación de hidrocarburos. Al calentarse el hidrógeno, los iones de carbono comienzan a reaccionar con el hidrógeno molecular, creando CH+ y después, captando un nuevo electrón, se forma la molécula CH neutra.

Por lo tanto, sepan que este es el inicio de toda la química del carbono. Si quieren formar estructuras orgánicas complejas, el primer paso es repetir lo que sucede en la nebulosa de Orión. Tengan en cuenta que, paradójicamente, la luz ultravioleta es nociva para el ser humano, pero en este caso es la fuente principal de energía para formar las moléculas en las que está basada la vida. Si quieren saber más, esta investigación ha sido publicada en la revista The Astrophysical Journal (P. Morris et al, 2016).

Referencias:
– P. Morris et al (2016). “Herschel/HIFI Spectral Mapping of C+, CH+, and CH in Orion BN/KL: The Prevailing Role of Ultraviolet Irradiation in CH+ Formation“. The Astrophysical Journal 829-1.
– M. J. Costello et al (2013). “Can We Name Earth’s Species Before They Go Extinct?” Science 339, Iss. 6118, pp. 413-416.
– Holger Drass et al. (2016), “The bimodal initial mass function in the Orion Nebula Cloud“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 461 1734–1744.
Building Blocks of Life’s Building Blocks Come From Starlight.
Deepest Ever Look into Orion.

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