9 Minute
Pentru prima dată, astronomii au detectat molecule organice complexe înghețate în gheață în afara Căii Lactee. Folosind Telescopul Spațial James Webb (JWST) pentru a studia o stea nou-născută din Norul Magellanic Mare (Large Magellanic Cloud, LMC), cercetătorii au identificat mai multe compuşi prebiotici — dovezi că semințele chimice ale vieții se pot forma în medii foarte diferite de cele din galaxia noastră. Această descoperire extinde perspectiva asupra distribuției moleculelor organice complexe în univers și pune în centru rolul astrochimiei și al chimiei gheațelor interstelare în formarea blocurilor prebiotice.
Ce s-a descoperit și unde
Echipa, condusă de astrofiziciana Marta Sewiło de la NASA Goddard Space Flight Center și Universitatea din Maryland, a vizat un protostar tânăr etichetat ST6 în Norul Magellanic Mare (LMC). ST6 se află la aproximativ 160.000 de ani-lumină distanță, în interiorul unei superbule cunoscute sub numele N158, în apropierea celebrei Nebuloase Tarantula. Prin analizarea spectrelor în infraroșu mediu obținute cu JWST, cercetătorii au identificat un set de molecule organice complexe (COMs) blocate în mantii de gheață care acoperă grăunțele de praf interstelar.
Observațiile indică identificări sigure ale metanolului, etanolului, acetaldehidei, formatului de metil și — remarcabil — acidului acetic (CH3COOH) în formă înghețată. Până la această descoperire, acidul acetic fusese observat în spațiu doar în fază gazoasă; aceasta este prima detecție neechivocă a acidului acetic în gheața interstelară din orice regiune cunoscută. Gasirea acestor molecule organice complexe în mantia de gheață a prafului sugerează că spațiile cu condiții chimice diferite pot totuși susține chimia prebiotică.
Localizarea stelei ST6 în cadrul Norului Magellanic Mare. Imaginea JWST a ST6 este inserată în colțul din dreapta jos. (NASA/ESA/CSA/JPL-Caltech/M. Sewiło et al., 2025)
Modul în care a fost realizată detecția
JWST a colectat radiație în infraroșu mediu emisă sau transmisă prin praful înghețat în jurul ST6. Fiecare moleculă absoarbe fotoni la lungimi de undă caracteristice, lăsând în spectru trăsături de absorbție întunecate — un „amprentă moleculară” specifică. Echipa a comparat spectrele JWST cu o bază de date derivată din măsurători de laborator și observații anterioare ale amprentelor COM pentru a potrivi acele linii de absorbție cu compuși specifici. Metodele includ simulări de transfer radiativ, corecții pentru emisia de fundal și analiza decompoziției spectrale pentru a separa componentele suprapuse.
În astrochimie, moleculele organice complexe sunt definite, de regulă, ca având cel puțin șase atomi, incluzând carbon. Astfel, specii precum etanolul (CH3CH2OH), formatul de metil (HCOOCH3) și acetaldehida (CH3CHO) se încadrează ca COMs. Aceste molecule sunt importante deoarece reprezintă trepte chimice către aminoacizi, zaharuri și nucleobaze — elemente constituente ale chimiei prebiotice. Detectarea lor în gheața interstelară indică existența proceselor care pot construi treptat molecule mai complexe pe suprafețele granulelor de praf.
De ce este important: chimie dincolo de Calea Lactee
Norul Magellanic Mare nu este doar o regiune obișnuită de formare stelară — reprezintă o lume chimică diferită. LMC este sărac în metale comparativ cu Calea Lactee (conținând aproximativ o treime până la jumătate din abundența elementelor mai grele decât heliul). În plus, are mai puțin praf și câmpuri de radiație ultraviolete mai intense, ca urmare a formării stelare viguroase. Aceste condiții ridică o întrebare esențială pentru astrochimie: poate funcționa chimia de pe suprafața grăunțelor de praf care produce COMs în asemenea condiții aspre, cu radiație UV puternică și cantități reduse de elemente grele?
Rezultatele JWST sugerează că răspunsul este afirmativ. Moleculele observate în jurul ST6 sunt consistente cu formarea lor pe suprafețele grăunțelor de praf. În norii intersteliari reci, mantii subțiri de gheață acoperă particule minuscule de praf. Atomi și molecule simple îngheață pe aceste mantii, migrează pe suprafață și — frecvent ajutate de radiație sau particule energetice — reacționează pentru a forma specii mai complexe. Identificarea acelorași tipuri de COMs în gheața LMC sugerează că mecanismele de chimie de suprafață sunt robuste chiar și în galaxii sărace în metale și bogate în radiație UV. Aceasta are implicații majore pentru răspândirea precursorilor organici în univers și pentru înțelegerea universalității chimiei prebiotice.
O ilustrație a unor COMs detectate în stratul de gheață care acoperă un grăunte de praf. (NASA's Goddard Space Flight Center)
Implicații pentru chimia prebiotică și pentru sistemele planetare
Detectarea COMs înghețate într-o altă galaxie extinde cadrele în care ne putem imagina începuturile chimiei prebiotice. Dacă molecule precum acidul acetic și formatul de metil se asamblează pe grăunțele de praf în LMC, atunci precursorii chimici ai vieții ar putea fi distribuiți pe scară largă în medii galactice diferite. Aceste molecule pot fi încorporate în generații ulterioare de planete, comete sau asteroizi, având potențialul de a livra materiale organice preformate către lumi tinere în timpul proceselor de acumulare și bombardament timpuriu.
Integrarea acestor molecule în corpurile solide ale sistemelor planetare ar putea influența chimia primordială a planetelor care se formează. De exemplu, metanolul și acidul acetic pot interacționa sau se pot transforma în condiții adecvate în precursori mai complecși—aminoacizi sau precursori de zaharuri—fie în timpul stadiilor de agregare planetară, fie ulterior pe corpuri geologic active. Acest lanț de procese susține modelul în care materia organică complexă este atât produsă în mediul interstelar, cât și alimentată în rezervele primitive ale unui sistem solar în formare.
Totuși, rezultatul actual se bazează pe o singură sursă extragalactică. Sewiło și colaboratorii menționează că mărimea eșantionului rămâne mică: doar o sursă în LMC și patru surse în Calea Lactee cu detectări de COMs în ghețuri. Pentru a confirma dacă chimia complexă observată este tipică sau excepțională, sunt necesare sondaje mai ample ale obiectelor stelare tinere în ambele galaxii. Astfel de studii comparative vor permite cartografierea variațiilor în abundențele moleculare și vor testa reprezentativitatea mediului ST6.
Detalii despre misiune și metodologie
Descoperirea subliniază puterea JWST pentru astrochimie. Spectrometrele sale în infraroșu mediu (în special instrumentul MIRI — Mid-Infrared Instrument) pot detecta benzi de absorbție slabe provenind din ghețuri în regiuni anterior inaccesibile, în special dincolo de Calea Lactee. Sensibilitatea spectrală ridicată a JWST, combinată cu o rezoluție suficientă pentru a separa caracteristici apropiate, a permis echipei să detecteze și să distingă semnături suprapuse ale mai multor molecule organice complexe. De asemenea, calibrările atente și compararea cu spectre de laborator au fost esențiale pentru confirmarea identității compușilor.
Analiza a implicat utilizarea unor biblioteci de referință care conțin spectre de absorpție pentru o varietate de ices analogice la condiții interstelare — măsurate în laborator la temperaturi foarte scăzute și în diverse matrici de gheață (apă-dominantă sau amestecuri CO/CO2). Aceste referințe permit descompunerea semnalului observat în componente chimice specifice. În plus, modelele chimice de suprafață ale grăunțelor au fost folosite pentru a interpreta eficiența mecanismelor de formare: hidrogenare succesivă, reacții radicalice induse de fotoni și reacții de recombinare în matrici înghețate.
Muncile viitoare vor extinde observațiile JWST la un eșantion mai larg de protostele în LMC și în alte galaxii apropiate, și vor complementa aceste date cu experimente de laborator și modele chimice care simulează reacțiile de pe suprafața grăunțelor sub variații ale abundențelor de metale și intensităților radiației. Acest demers va include măsurători sistematice ale benzilor de absorbție pentru a construi un inventar robust al COMs în ghețuri extragalactice și în sisteme cu proprietăți fizice diferite.
Perspective de specialitate
"Această detecție reprezintă o dovadă convingătoare că aceleași tipuri de chimie care pot să înmănuncheze materiale organice pe planete pot funcționa în medii galactice foarte diferite," spune dr. Amina Riaz, o astrobiochemiștă ficțională și lector în științe planetare. "Găsirea acidului acetic înghețat pe grăunțele de praf dincolo de Calea Lactee susține modelele în care organicele complexe se construiesc pe suprafețele granulelor, apoi sunt livrate la planetele în formare — un proces care ar putea fi comun în întregul Univers."
"Odată cu această descoperire," spune Sewiło, "am făcut progrese semnificative în înțelegerea modului în care chimia complexă apare în Univers și am deschis noi direcții de cercetare privind originile vieții."
Echipa intenționează să extindă studiul pentru a determina dacă chimia organică complexă similară este răspândită în LMC sau localizată în buzunare speciale, precum mediul din jurul ST6. Acele studii ulterioare vor ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine universalitatea căilor prebiotice și distribuția potențială a precursorilor chimici ai vieții în cosmos. Datele viitoare, combinate cu studii de laborator și simulări numerice, vor consolida sau rafina paradigmele actuale privind formarea moleculelor organice complexe pe scară galactică.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu