Uma equipe internacional de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA descobriu uma variedade de moléculas, desde moléculas relativamente simples como o metano até compostos complexos como ácido acético e etanol, em protoestrelas em estágio inicial onde os planetas ainda não se formaram. Estes são ingredientes essenciais para criar mundos potencialmente habitáveis.
A presença de moléculas orgânicas complexas (COMs) [1] na fase sólida em protoestrelas foi prevista pela primeira vez há décadas a partir de experiências de laboratório, e tentativas de deteção destas moléculas foram feitas por outros telescópios espaciais. Isto inclui o programa Early Release Science Ice Age do James Webb, que descobriu diversos gelos nas regiões mais escuras e frias de uma nuvem molecular medida até à data.
Agora, com a resolução espectral e sensibilidade sem precedentes do Mid-InfraRed Instrument (MIRI) do James Webb, como parte do programa JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), estes COMs foram identificados individualmente e confirmados como presentes nos gelos interestelares. Isso inclui a detecção robusta de acetaldeído, etanol (o que chamamos de álcool), formato de metila e provavelmente ácido acético (o ácido do vinagre), na fase sólida.
“Esta descoberta contribui para uma das questões mais antigas da astroquímica”, disse o líder da equipe, Will Rocha, da Universidade de Leiden, na Holanda. “Qual é a origem dos COMs no espaço? São feitos na fase gasosa ou em gelados? A detecção de COMs em gelos sugere que as reações químicas em fase sólida nas superfícies dos grãos de poeira fria podem construir tipos complexos de moléculas.”
Como vários COMs, incluindo aqueles detectados na fase sólida nesta pesquisa, foram previamente detectados na fase gasosa quente, acredita-se agora que sejam originados da sublimação de gelos. Sublimação é passar diretamente de sólido para gasoso sem se tornar líquido. Portanto, a detecção de COMs em gelos deixa os astrônomos esperançosos em desenvolver uma melhor compreensão das origens de outras moléculas ainda maiores no espaço.
Harold Linnartz [2] liderou o Laboratório de Astrofísica em Leiden durante muitos anos e coordenou as medições dos dados utilizados neste estudo. Ewine van Dishoeck, da Universidade de Leiden, uma das coordenadoras do programa JOYS+, partilhou: “Harold ficou particularmente satisfeito pelo fato de, nas atribuições COM, o trabalho de laboratório poder desempenhar um papel importante, uma vez que demorou muito para chegar aqui.”
Os cientistas também estão interessados em explorar até que ponto estes COMs são transportados para planetas em fases muito posteriores da evolução da protoestrela. Os COMs nos gelos são transportados de forma mais eficiente para os discos de formação planetária do que o gás das nuvens. Estas COMs geladas podem, portanto, ser herdadas por cometas e asteróides que, por sua vez, podem colidir com planetas em formação. Nesse cenário, os COM podem ser entregues a esses planetas, fornecendo potencialmente os ingredientes para o florescimento da vida.
A equipe científica também detectou moléculas mais simples, incluindo metano, ácido fórmico (que torna dolorosa a picada das formigas), dióxido de enxofre e formaldeído. O dióxido de enxofre, em particular, permite à equipe investigar o orçamento de enxofre disponível nas protoestrelas. Além disso, é de interesse prebiótico porque as pesquisas existentes sugerem que os compostos contendo enxofre desempenharam um papel importante na condução de reações metabólicas na Terra primitiva. Íons negativos também foram detectados [3]; eles fazem parte de sais que são cruciais para o desenvolvimento de maior complexidade química em temperaturas mais altas. Isto indica que os gelos podem ser muito mais complexos e exigir mais pesquisas.
De particular interesse é que uma das fontes investigadas, IRAS 2A, é caracterizada como uma protoestrela de baixa massa. O IRAS 2A pode, portanto, ter semelhanças com os estágios primordiais do nosso próprio Sistema Solar. Se for esse o caso, as espécies químicas identificadas nesta protoestrela podem ter estado presentes nas primeiras fases de desenvolvimento do nosso Sistema Solar e foram posteriormente entregues à Terra primitiva.
Todas estas moléculas podem tornar-se parte de cometas e asteróides e, eventualmente, de novos sistemas planetários quando o material gelado é transportado para dentro, para os discos de formação planetária, à medida que o sistema protoestelar evolui”, disse van Dishoeck. “Esperamos seguir esta trilha astroquímica passo a passo com mais dados do James Webb nos próximos anos.”
Outro trabalho recente de Pooneh Nazari, do Observatório de Leiden, também aumenta as esperanças dos astrônomos de encontrar mais complexidade nos gelos, após as tentativas de detecções de cianeto de metila e cianeto de etila a partir de dados NIRSpec do James Webb. Nazari diz: “É impressionante como o James Webb agora nos permite investigar ainda mais a química do gelo até o nível dos cianetos, ingredientes importantes na química prebiótica”.
Notas
[1] Uma molécula é uma partícula composta por dois ou mais átomos que são mantidos juntos por ligações químicas. Uma molécula orgânica complexa é uma molécula com vários átomos de carbono.
[2] Estes resultados são dedicados ao membro da equipe, Professor Harold Linnartz, que faleceu inesperadamente em dezembro de 2023, logo após a aceitação deste artigo. Linnartz fez contribuições significativas para o estudo de moléculas gasosas e geladas no espaço. Ele foi o Diretor do Laboratório de Astrofísica de Leiden e muitos dos espectros da fase gelada de moléculas simples e complexas utilizados nesta pesquisa foram coletados por estudantes sob sua supervisão. Linnartz ficou entusiasmado com a qualidade dos dados de Webb e a importância destes resultados para a astroquímica.
[3] Um íon é um átomo ou molécula que possui uma carga elétrica geral, resultante de um excesso ou déficit no número de elétrons negativos em comparação com o número de prótons positivos no íon. Um íon negativo é um íon com carga líquida negativa (portanto, um excesso de elétrons).
Publicado em 20/03/2024 16h22
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