La herencia alcohólica de un disco formador de planetas

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto metanol en la parte cálida de un joven disco de formación planetaria. El alcohol no puede haberse producido allí y los astrónomos proponen que fue heredado de las nubes de gas a partir de las cuales se formaron la estrella y el disco.

El metanol, CH3OH, es una de las moléculas complejas más simples. Los astrónomos lo consideran un precursor de la química prebiótica esencial para la vida porque puede usarse para formar, por ejemplo, aminoácidos y proteínas. Y actualmente se sabe que el metanol está presente en un sinnúmero de nebulosas, en el exterior frío de discos de formación de planetas, en los cometas y algunas lunas del sistema solar, etc.

Pero ahora se ha descubierto una gran reserva de metanol en la parte “cálida” de un disco de formación de planetas. Este reservorio, según los científicos, no puede haberse formado en el propio disco caliente (la zona más central y cercana a la estrella), ya que esto es químicamente imposible según los modelos actuales.

Mapa de metanol (blanco) en el disco protoplanetario alrededor de la estrella HD 100546. La línea roja es la órbita que tendría Neptuno si estuviera orbitando esta estrella. Esto indica que el metanol se encuentra casi en su totalidad en la parte “cálida” del disco de formación planetaria. (c) ALMA / Booth et al.

Los investigadores encabezados por Alice Booth, de la Leiden University, observaron el disco de formación protoplanetario alrededor de HD 100546. Este disco y su estrella tienen aproximadamente 5 millones de años de edad y se encuentran a unos 360 años luz de la Tierra, en la dirección de la constelación austral de la Mosca ( Musca). Para obtener sus datos los astrónomos utilizaron el observatorio ALMA, ubicado en lo alto de los Andes chilenos.

“Este es un resultado muy emocionante y sorprendente. Si bien se ha detectado metanol caliente en los discos jóvenes y cálidos, debido a la naturaleza de este disco [en HD 100546] es la primera evidencia observacional clara de que las moléculas orgánicas complejas se puede ‘heredar’ de la fase anterior de nubes oscuras frías “.

Alice Booth, líder de la investigación (Leiden University)

Un dato adicional de notable importancia es que en 2005 fue detectado un hueco radial en el disco de gas de la estrella mediante técnicas espectroscópicas. Esta “brecha” de material faltante fue interpretada como la muestra de la acción de un exoplaneta alrededor de HD 100546. Según esta publicación (Acke, B.; van der Ancker, M., 2005) el planeta gigante podría tener unas 20 veces la masa de Júpiter, muy al límite de ser una enana marrón.

Imagen compuesta de la estrella HD100546 (derecha) con el metanol (izquierda) en la parte cálida del disco protoplanetario. (c) ALMA / Booth et al. Y ESO / NASA / ESA / Ardila et al.

El descubrimiento del metanol, en este caso, tiene cierta componente de serendipia. El grupo de científicos buscaba en realidad la molécula monóxido de azufre (SO) y para su sorpresa también detectaron líneas de metanol en sus espectros. A esto se le añade que la fuente principal HD 100546, pertenece al tipo Herbig Ae/Be, que se caracterizan, entre otras cosas, por no mostrar demasiadas especies químicas debido a las altas temperaturas en las partes medias de los discos y a la intensa radiación UV. Los objetos Herbig Ae/Be son en realidad pre-estelares, es decir, están por comenzar su etapa de secuencia principal y conservan a su alrededor el disco de gas que las alimenta y mucho polvo interestelar. Dicho de otra manera, HD 100546 está por convertirse realmente en una estrella, una vez que comience a quemar hidrógeno en su núcleo.

Para entender mejor lo que ocurre con el metanol, recordemos que en los disco protoplanetarios el CH3OH puede ser observado con los radiotelescopios hasta que es entregado al espacio (al medio interestelar) de las nebulosas desde los granos congelados de hielos, ya sea por sublimación o por procesos no térmicos como podrían ser los fotones UV.

Representación de los procesos físicos, químicos y radiativos de la formación y transformación de moléculas en el medio interestelar, a partir de átomos, iones y moléculas. Crédito: Vicente Hdrez

Para explicar la presencia del CH3OH en HD100546, los investigadores mencionan que el metanol se produce por el calentamiento de los hielos y posterior desorción o sublimación de la especie química. Pero además proponen que hay cierto reabastecimiento del alcohol desde el exterior del disco hacia el interior, probablemente por transporte de hielos, que por supuesto ya estaba presente o fue heredado desde los granos de polvo en la nube de gas frío de la que se originaron la estrella y el disco.

La cantidad estimada de metanol en la parte interna del disco equivale a unas 1200 veces toda la biomasa de la Tierra o unas 700 billones de toneladas de CH3OH.

Uniendo este resultado con el hecho de que probablemente existe un exoplaneta en este disco de materiales, los astrónomos resaltan que toda esta riqueza química puede llegar hasta esos planetas, sus lunas, sus asteroides, cometas, etc., con lo que la construcción de bloques químicos de moléculas prebióticas es bastante factible.

Los investigadores buscarán comparar las cantidades de estas sustancias, en el disco HD 100546, con las encontradas en cometas y otros cuerpos del sistema solar. De esta manera, se podría tener una mejor idea de qué proporción del contenido orgánico sobrevive al proceso de formación estelar. Y eso, a su vez, es importante para una mejor comprensión de los procesos químicos que ocurren durante la formación de planetas.

Los alcoholes en realidad son bastante comunes en las nubes donde se forman estrellas. Si quieres saber más sobre esto te invito a escuchar esta entrega del podcast y leer su respectivo post en el blog.

El trabajo sobre HD100546 fue publicado el pasado 10 de mayo en la revista Nature Astronomy bajo el título An inherited complex organic molecule reservoir in a warm planet-hosting disk, por Alice S. Booth et al. Una preimpresión gratuita puede ser leída en https://arxiv.org/abs/2104.08348

Fuente original en idioma Inglés: First discovery of methanol in a warm planet-forming disk

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