Os cientistas descobriram um vasto reservatório até então desconhecido de novo material aromático em uma nuvem molecular fria e escura, detectando moléculas individuais de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos no meio interestelar pela primeira vez e, ao fazer isso, estão começando a responder a uma pergunta de três décadas. mistério científico: como e onde essas moléculas se formam no espaço?
“Sempre pensamos que os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos eram formados principalmente na atmosfera de estrelas moribundas”, disse Brett McGuire, professor assistente de química no Instituto de Tecnologia de Massachusetts e investigador principal do projeto para GOTHAM, ou Green Bank Telescope (GBT) Observations of TMC-1: Hunting Aromatic Molecules. “Neste estudo, nós os encontramos em nuvens escuras e frias, onde as estrelas ainda nem começaram a se formar.”
Assista a um vídeo de Brett discutindo sua ciência para o Green Bank Observatory aqui.
Moléculas aromáticas e PAHs – abreviatura de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos – são bem conhecidos dos cientistas. As moléculas aromáticas existem na composição química dos seres humanos e de outros animais e são encontradas em alimentos e medicamentos. Da mesma forma, os PAHs são poluentes formados a partir da queima de muitos combustíveis fósseis e estão até mesmo entre os carcinógenos formados quando vegetais e carne são carbonizados em altas temperaturas. “Acredita-se que os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos contenham até 25% do carbono do universo”, disse McGuire, que também é pesquisador associado do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA). “Agora, pela primeira vez, temos uma janela direta para a química deles que nos permitirá estudar em detalhes como esse enorme reservatório de carbono reage e evolui através do processo de formação de estrelas e planetas.”
Cientistas suspeitam da presença de PAHs no espaço desde os anos 1980, mas a nova pesquisa, detalhada em nove artigos publicados nos últimos sete meses, fornece a primeira prova definitiva de sua existência em nuvens moleculares. Para pesquisar as moléculas indescritíveis, a equipe concentrou o gigantesco radioastronomia GBT de 100 metros na Taurus Molecular Cloud, ou TMC-1 – uma grande nuvem pré-estelar de poeira e gás localizada a cerca de 450 anos-luz da Terra que algum dia colapso em si mesmo para formar estrelas – e o que eles descobriram foi surpreendente: não apenas os modelos científicos aceitos estavam incorretos, mas havia muito mais acontecendo no TMC-1 do que a equipe poderia ter imaginado.
“De décadas de modelagem anterior, acreditávamos ter um conhecimento bastante bom da química das nuvens moleculares”, disse Michael McCarthy, astroquímico e diretor adjunto em exercício do CfA, cujo grupo de pesquisa fez as medições laboratoriais precisas que possibilitaram muitas dessas detecções astronômicas a serem estabelecidas com confiança. “O que essas novas observações astronômicas mostram é que essas moléculas não estão apenas presentes em nuvens moleculares, mas em quantidades que são ordens de magnitude maiores do que os modelos padrão prevêem.”
McGuire acrescentou que estudos anteriores revelaram apenas que havia moléculas de PAH por aí, mas não quais moléculas específicas. “Nos últimos 30 anos ou mais, os cientistas têm observado a assinatura em massa dessas moléculas em nossa galáxia e em outras galáxias no infravermelho, mas não pudemos ver quais moléculas individuais compunham essa massa. Com a adição da radioastronomia, em vez de ver essa grande massa que não podemos distinguir, estamos vendo moléculas individuais. ”
Para sua surpresa, a equipe não descobriu apenas uma nova molécula escondida no TMC-1. Detalhado em vários artigos, a equipe observou 1-cianonaftaleno, 1-ciano-ciclopentadieno, HC11N, 2-cianonaftaleno, vinil cianoacetileno, 2-ciano-ciclopentadieno, benzonitrila, trans- (E) -cianovinilacetileno, HC4NC e propargilcianeto, entre outros. “É como entrar em uma butique e simplesmente navegar pelo estoque no front-end sem nunca saber que havia uma sala nos fundos. Temos colecionado pequenas moléculas por cerca de 50 anos e agora descobrimos que há uma porta dos fundos. Quando abrimos aquela porta e olhamos, encontramos este armazém gigante de moléculas e química que não esperávamos “, disse McGuire. “Lá estava ele, o tempo todo, espreitando um pouco além de onde havíamos olhado antes.”
McGuire e outros cientistas do projeto GOTHAM têm “caçado” por moléculas em TMC-1 por mais de dois anos, após a detecção inicial de benzonitrila de McGuire em 2018. Os resultados das últimas observações do projeto podem ter ramificações na astrofísica nos próximos anos . “Nós tropeçamos em um novo conjunto de moléculas diferente de tudo o que fomos capazes de detectar anteriormente, e isso mudará completamente nossa compreensão de como essas moléculas interagem umas com as outras. Isso tem ramificações downstream”, disse McGuire, acrescentando que, eventualmente, essas moléculas crescem o suficiente para começarem a se agregar nas sementes de poeira interestelar. “Quando essas moléculas ficam grandes o suficiente para serem as sementes da poeira interestelar, elas têm a possibilidade de afetar a composição dos asteróides, cometas e planetas, as superfícies nas quais os gelos se formam e talvez, por sua vez, até mesmo os locais onde os planetas formar dentro de sistemas estelares. ”
A descoberta de novas moléculas no TMC-1 também tem implicações para a astroquímica e, embora a equipe ainda não tenha todas as respostas, as ramificações aqui também irão durar décadas. “Passamos da química do carbono unidimensional, que é muito fácil de detectar, para a química orgânica real no espaço, no sentido de que as moléculas recém-descobertas são aquelas que um químico conhece e reconhece, e pode produzir na Terra”, disse McCarthy. “E esta é apenas a ponta do iceberg. Se essas moléculas orgânicas foram sintetizadas lá ou transportadas para lá, elas existem, e esse conhecimento por si só é um avanço fundamental no campo.”
Antes do lançamento do GOTHAM em 2018, os cientistas catalogaram cerca de 200 moléculas individuais no meio interestelar da Via Láctea. Essas novas descobertas levaram a equipe a se perguntar, e com razão, o que está lá fora. “O que é surpreendente sobre essas observações, sobre essa descoberta e sobre essas moléculas é que ninguém olhou ou olhou com atenção o suficiente”, disse McCarthy. “Isso faz você se perguntar o que mais está lá fora que nós simplesmente não procuramos.”
Esta nova química aromática que os cientistas estão descobrindo não está isolada do TMC-1. Uma pesquisa complementar ao GOTHAM, conhecida como ARKHAM – Uma Rigorous K / Ka-Band Survey Hunting for Aromatic Molecules – recentemente encontrou benzonitrila em vários objetos adicionais. “Incrivelmente, encontramos benzonitrila em cada um dos quatro primeiros objetos observados pelo ARKHAM”, disse Andrew Burkhardt, um Submillimeter Array Postdoctoral Fellow no CfA e co-investigador principal do GOTHAM. “Isso é importante porque enquanto GOTHAM está empurrando o limite do que a química que pensávamos ser possível no espaço, essas descobertas implicam que as coisas que aprendemos no TMC-1 sobre moléculas aromáticas podem ser amplamente aplicadas a nuvens escuras em qualquer lugar. Essas nuvens escuras são o locais de nascimento iniciais de estrelas e planetas. Portanto, essas moléculas aromáticas antes invisíveis também precisarão ser pensadas em cada etapa posterior ao longo do caminho para a criação de estrelas, planetas e sistemas solares como o nosso. ”
Além de McGuire, McCarthy e Burkhardt, os seguintes pesquisadores contribuíram e lideraram a pesquisa para este projeto: Kin Long Kelvin Lee do MIT; Ryan Loomis, Anthony Remijan e Emmanuel Momjian do Observatório Nacional de Radioastronomia; Christopher N. Shingledecker, do Benedictine College; Steven B. Charnley e Martin A. Cordiner da NASA Goddard; Eric Herbst, Eric R. Willis, Ci Xue e Mark Siebert, da Universidade da Virgínia; e, Sergei Kalenskii, do Lebedev Physical Institute. O projeto também recebeu apoio de pesquisa da Universidade de Stuttgart, do Instituto Max Planck e da Universidade Católica da América.
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Publicado em 20/03/2021 23h11
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