GBT Detecta La Molécula Aromática Benzonitrilo En La Nube Molecular Tauro 1

GBT desbloquea la exploración de la química interestelar aromática

La molécula aromática benzonitrilo fue detectada por el GBT en Taurus Molecular Cloud 1 (TMC-1). B. McGuire, B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Los astrónomos tenían un misterio en sus manos. No importa dónde miraron, desde el interior del Vía láctea a galaxias distantes, observaron un desconcertante resplandor de luz infrarroja. Esta tenue luz cósmica, que se presenta como una serie de picos en el espectro infrarrojo, no tenía una fuente fácilmente identificable. Parecía no tener relación con ninguna característica cósmica reconocible, como nubes interestelares gigantes, regiones de formación de estrellas o remanentes de supernovas. Era omnipresente y un poco desconcertante.

El posible culpable, finalmente dedujeron los científicos, fue la emisión infrarroja intrínseca de una clase de moléculas orgánicas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que, según descubrirían los científicos más tarde, son sorprendentemente abundantes; casi el 10 por ciento de todo el carbono del universo está ligado a los HAP.

Aunque, como grupo, los PAH parecían ser la respuesta a este misterio, ninguna de los cientos de moléculas de PAH que se sabe existen se había detectado de manera concluyente en el espacio interestelar.

Nuevos datos del Green Bank Telescope (GBT) de la National Science Foundation muestran, por primera vez, las convincentes huellas dactilares de radio de un primo cercano y precursor químico de los PAH, la molécula benzonitrilo (C₆H₅CN). Esta detección finalmente puede proporcionar la “pistola humeante” de que los PAH se encuentran realmente esparcidos por el espacio interestelar y explica la misteriosa luz infrarroja que los astrónomos habían estado observando.

Los resultados de este estudio se presentan hoy en la 231ª reunión de la American Astronomical Society (AAS) en Washington, DC, y se publican en la revista Science.

El equipo científico, dirigido por el químico Brett McGuire del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Charlottesville, Virginia y el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica ( CfA ) en Cambridge, Massachusetts, detectó la señal de radio reveladora de esta molécula proveniente de una nebulosa de formación de estrellas cercana conocida como la Nube Molecular Tauro 1 (TCM-1), que está a unos 430 años luz de la Tierra.

“Estas nuevas observaciones de radio nos han proporcionado más conocimientos de los que pueden proporcionar las observaciones de infrarrojos”, dijo McGuire. “Aunque todavía no hemos observado directamente los hidrocarburos aromáticos policíclicos, entendemos bastante bien su química. Ahora podemos seguir las migas de pan químicas desde moléculas simples como el benzonitrilo hasta estos PAH más grandes “.

Aunque el benzonitrilo es una de las llamadas moléculas aromáticas más simples, de hecho es la molécula más grande jamás vista por radioastronomía. También es el primer 6- átomo anillo aromático (una matriz hexagonal de átomos de carbono erizados de átomos de hidrógeno) molécula jamás detectada con un radiotelescopio. UN

Si bien los anillos aromáticos son comunes en las moléculas que se ven aquí en la Tierra (se encuentran en todo, desde alimentos hasta medicamentos), pero uno de este tipo no había sido previamente, esta es la primera molécula de anillo de este tipo que se ha observado en el espacio con radiotelescopios. Su estructura única permitió a los científicos descubrir su distintiva firma de radio, que es el “estándar de oro” al confirmar la presencia de moléculas en el espacio.

A medida que las moléculas caen en el vacío cercano del espacio interestelar, emiten una firma distintiva, una serie de picos reveladores que aparecen en el espectro de radio. Las moléculas más grandes y complejas tienen una firma correspondientemente más compleja, lo que las hace más difíciles de detectar. Los PAH y otras moléculas aromáticas son aún más difíciles de detectar porque normalmente se forman con estructuras muy simétricas.

Para producir una huella digital de radio clara, las moléculas deben ser algo asimétricas. Las moléculas con estructuras más uniformes, como muchos PAH, pueden tener firmas muy débiles o ninguna firma.

“La evidencia que el GBT nos permitió acumular para esta detección es increíble”, dijo McGuire. “Mientras buscamos moléculas aún más grandes e interesantes, necesitaremos la sensibilidad del GBT, que tiene capacidades únicas como detector de moléculas cósmicas”.

La disposición química desequilibrada del benzonitrilo produce señales fuertes a medida que la molécula gira, pero el patrón de estas señales debía medirse con mucha precisión aquí en la Tierra primero, para que el equipo pudiera igualar el patrón con las observaciones de radio. McGuire trabajó en el laboratorio de Michael McCarthy en el CfA para determinar la huella dactilar espectral exclusiva del benzonitrilo, que luego permitió al equipo identificar nueve picos distintos en el espectro de radio que corresponden a la molécula. También pudieron observar los efectos adicionales de los núcleos de los átomos de nitrógeno en la firma de radio.

“Este descubrimiento es otro que ilustra maravillosamente la importancia y el poder de coordinar estrechamente las observaciones de radio con mediciones precisas en el laboratorio; al hacerlo, los científicos pueden aumentar en gran medida la velocidad y la confianza con las que podemos comprender la exquisita riqueza química del espacio ”, agregó McCarthy.

Publicación: Brett A. McGuire, et al., “Detección de la molécula aromática benzonitrilo ( c- C 6 H 5 CN) en el medio interestelar”, Science 12 de enero de 2018: Vol. 359, número 6372, págs. 202-205; DOI: 10.1126 / science.aao4890

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