Astrônomos do Instituto Max Planck de Astronomia e da Universidade de Jena obtiveram uma visão mais clara dos minúsculos laboratórios espaciais da natureza: minúsculos grãos de poeira cobertos de gelo.
Em vez de formas regulares cobertas espessa de gelo, esses grãos parecem redes macias de poeira, com finas camadas de gelo. Em particular, isso significa que os grãos de poeira têm superfícies consideravelmente maiores, onde ocorrem a maioria das reações químicas. Portanto, a nova estrutura tem conseqüências fundamentais para a visão dos astrônomos da química orgânica no espaço – e, portanto, para a gênese de moléculas prebióticas que poderiam ter desempenhado um papel importante na origem da vida na Terra.
Criar moléculas complexas no espaço profundo é tudo menos fácil. Segundo o conhecimento atual, os laboratórios naturais em que ocorrem as reações necessárias são grãos de poeira interestelar com superfícies geladas. Agora, novos resultados experimentais de Alexey Potapov, do grupo de astrofísica de laboratório MPIA da Universidade Jena e seus colegas, demonstram que, sob condições realistas, as camadas de gelo podem ser tão finas que a estrutura da superfície dos grãos de poeira desempenha um papel importante.
Isso abre um novo campo de estudo: aqueles que estão interessados ??nas origens cósmicas das moléculas precursoras orgânicas da vida precisarão examinar mais de perto as diferentes propriedades das superfícies dos grãos de poeira cósmica, suas interações com pequenas quantidades de gelo e no papel que os ambientes complexos resultantes desempenham ao ajudar a sintetizar moléculas orgânicas complexas.
Quando pensamos em como a vida e como nós mesmos chegamos a existir neste universo, há vários passos importantes, abrangendo física, química e biologia. Tanto quanto sabemos, a história mais antiga da biologia de nossas próprias origens ocorreu aqui na Terra, mas o mesmo não se aplica à física ou à química: a maioria dos elementos químicos, incluindo carbono e nitrogênio, foram criados por fusão nuclear dentro de estrelas ( “Nós somos estrelas”, como Carl Sagan disse na famosa frase).
Moléculas, incluindo as moléculas orgânicas necessárias para formar aminoácidos, ou nosso próprio DNA, podem se formar no meio interestelar. Nas poucas ocasiões em que as sondas conseguiram analisar diretamente a poeira cósmica, ou seja, as missões Stardust e Rosetta, a análise encontrou moléculas complexas, como o simples aminoácido glicina. Ao longo da evolução de um sistema planetário, moléculas orgânicas podem ser transportadas para as superfícies planetárias por meteoritos e cometas iniciais.
Como essas moléculas podem se formar em primeiro lugar, nas extensões quase vazias entre as estrelas, não é uma pergunta simples. No espaço sideral, a maioria dos átomos e moléculas faz parte de um gás ultrafino, com quase nenhuma interação – sem falar nas interações necessárias para formar moléculas orgânicas mais complexas.
Na década de 1960, os astrônomos interessados ??em química interestelar começaram a desenvolver a idéia de que grãos de poeira interestelar poderiam servir como “laboratórios interestelares”, o que facilitaria reações químicas mais complexas. Esses grãos, à base de carbono ou silicato, geralmente se formam nas camadas externas de estrelas frias ou após as explosões de supernovas. Em uma nuvem de gás e poeira, diferentes tipos de moléculas aderem ao grão (frio), as moléculas se acumulam e, eventualmente, ocorrem reações químicas interessantes. Especificamente, levaria cerca de 100.000 anos para um grão de poeira acumular um manto de gelo (principalmente gelo de água, mas também algumas outras moléculas como monóxido de carbono). Essa camada gelada serviria como um minúsculo laboratório de química cósmica.
Os astrônomos interessados ??neste tópico logo perceberam que precisavam de experimentos para interpretar suas observações de nuvens de gás interestelares. Eles precisariam estudar grãos de poeira cobertos de gelo e sua interação com moléculas em laboratórios aqui na Terra. Para isso, usavam câmaras de vácuo, simulando o vazio do espaço, bem como as temperaturas apropriadas. Como a suposição na época era de que o que contava era a química na superfície gelada, tornou-se prática comum o uso de camadas de gelo para tais experiências, aplicadas a uma superfície comum, como uma placa de cristal de brometo de potássio (KBr) ou uma superfície de metal. Mas isso, segundo os novos resultados, só pode fazer parte da imagem, na melhor das hipóteses.
A formação de planetas, bem como a busca pelas origens da vida, são os principais objetivos de pesquisa do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), e os grãos de poeira gelada desempenham um papel importante para ambos. É por isso que, desde 2003, a MPIA mantém um Grupo de Astrofísica de Laboratório e Física de Cluster no Instituto de Física de Estado Sólido da Universidade Friedrich Schiller, Jena.
Parte do equipamento do grupo são lasers que podem ser usados ??para criar grãos artificiais de poeira cósmica. Para esse fim, um laser é apontado para uma amostra de grafite, corroendo (diminuindo) partículas minúsculas da superfície, meros nanômetros de diâmetro (onde um nanômetro é um bilionésimo de metro). Quando Alexey Potapov, do grupo Jena Laboratory Astrophysics, principal autor do novo artigo, e seus colegas estudaram esses grãos de poeira artificiais, induzindo a formação de diferentes tipos de gelo em suas superfícies, eles começaram a ter dúvidas sobre a imagem padrão da química na superfícies geladas grossas.
Em vez de grãos completamente cobertos com várias camadas de gelo sólido (gelo d’água ou gelo de monóxido de carbono) como uma cebola, os grãos de poeira que eles produziram em laboratório, permanecendo o mais próximo possível das condições realistas do espaço profundo, foram estendidos, com muitos tentáculos. formas – redes fofas de poeira e gelo.
Com essa forma, sua área total de superfície é muito maior (um fator de algumas centenas) do que para formas mais simples, e isso é um divisor de águas para os cálculos de como a quantidade detectada de água nas nuvens moleculares cobriria alguns grãos: De grãos com baixa área superficial, assim coberta completamente pela água disponível, chegamos a uma superfície mais extensa que terá camadas mais espessas em alguns lugares, enquanto em outros lugares não há mais do que uma única camada de cristais de gelo – simplesmente porque há água insuficiente para cobrir toda a área da superfície imensamente estendida com várias camadas de gelo.
Esse tipo diferente de estrutura tem profundas conseqüências para o papel dos grãos de poeira gelada como pequenos laboratórios cósmicos. As reações químicas dependem de moléculas que “ficaram presas” na superfície e de como essas moléculas podem se mover (se dissipar), encontrar outras moléculas, reagir, ficar presas ou soltar novamente. Essas condições ambientais são completamente diferentes na nova versão fofa e empoeirada dos laboratórios cósmicos.
Potapov diz: “Agora que sabemos que os grãos de poeira são importantes, um novo jogador entrou no jogo astroquímico. Saber que o novo jogador está lá nos dá uma chance melhor de entender as reações químicas fundamentais que, numa fase posterior, podem ter levado ao surgimento. da vida no universo “.
Além disso, se os grãos não estiverem ocultos sob espessas camadas de gelo, mas puderem interagir com as moléculas aderentes à superfície, eles podem atuar como catalisadores, alterando a taxa de reações químicas por sua mera presença. De repente, certas reações para a formação de moléculas orgânicas como o formaldeído, ou certos compostos de amônia, devem se tornar muito mais comuns. Ambos são importantes precursores de moléculas prebióticas – portanto, essa mudança de foco teria um efeito direto em nossas explicações para a pré-história química da vida na Terra.
O co-autor e diretor do MPIA, Thomas Henning, diz: “Essas são novas direções empolgantes na busca pela formação de moléculas complexas no espaço. Para acompanhar, a MPIA acaba de abrir seu novo laboratório ‘Origins of Life’, adaptado a este novo tipo de pesquisa “.
De maneira mais geral, os novos resultados, juntamente com vários resultados semelhantes obtidos em experiências anteriores, constituem um alerta para a comunidade astroquímica: se você deseja entender a astroquímica no meio interestelar e suas consequências para as origens da vida, afaste-se das cebolas geladas. Aceite o papel das superfícies de poeira. Abrace a possível fofura dos minúsculos laboratórios cósmicos da natureza.
Publicado em 13/06/2020 06h13
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