Um grupo internacional de pesquisadores liderados por Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Alemanha) relata a primeira identificação de isopropanol no espaço interestelar, substância que é usada como desinfetante na Terra. O isopropanol é o maior álcool detectado até agora, demonstrando a crescente complexidade dos membros de uma das mais abundantes classes de moléculas que podem ser encontradas no espaço. A identificação foi possível graças a observações da região de formação estelar Sagitário B2 (Sgr B2) perto do centro da nossa galáxia onde muitas moléculas já foram detectadas. É alvo de uma extensa investigação de sua composição química com o telescópio ALMA no Chile.
A busca por moléculas no espaço vem acontecendo há mais de 50 anos. Até o momento, os astrônomos identificaram 276 moléculas no meio interestelar. O Banco de Dados de Colônia para Espectroscopia Molecular (CDMS) fornece dados espectroscópicos para detectar essas moléculas, contribuídos por muitos grupos de pesquisa, e tem sido fundamental em sua detecção em muitos casos.
O objetivo do presente trabalho é entender como as moléculas orgânicas se formam no meio interestelar, em particular nas regiões onde nascem novas estrelas, e quão complexas essas moléculas podem ser. A motivação subjacente é estabelecer conexões com a composição química de corpos no sistema solar, como cometas, como entregue, por exemplo, pela missão Rosetta ao cometa Churyumov-Gerasimenko há alguns anos.
Uma excelente região de formação de estrelas em nossa galáxia onde muitas moléculas foram detectadas no passado é Sagitário B2 (Sgr B2), que está localizado perto da famosa fonte Sgr A*, o buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia.
“Nosso grupo começou a investigar a composição química do Sgr B2 há mais de 15 anos com o telescópio IRAM de 30 m”, diz Arnaud Belloche, do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR) em Bonn/Alemanha, principal autor do papel de detecção. “Estas observações foram bem sucedidas e levaram em particular à primeira detecção interestelar de várias moléculas orgânicas, entre muitos outros resultados.”
Com o advento do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) há dez anos, tornou-se possível ir além do que poderia ser alcançado em direção ao Sgr B2 com um telescópio de prato único e um estudo de longo prazo da composição química do Sgr B2 foi iniciado que aproveitou a alta resolução angular e sensibilidade fornecida pelo ALMA.
Até agora, as observações do ALMA levaram à identificação de três novas moléculas orgânicas (cianeto de isopropilo, N-metilformamida, ureia) desde 2014. O último resultado deste projeto ALMA é agora a detecção de propanol (C3H7OH).
O propanol é um álcool e agora é o maior desta classe de moléculas que foi detectado no espaço interestelar. Esta molécula existe em duas formas (“isômeros”), dependendo de qual átomo de carbono o grupo funcional hidroxila (OH) está ligado: 1) propanol normal, com OH ligado a um átomo de carbono terminal da cadeia, e 2) iso -propanol, com OH ligado ao átomo de carbono central na cadeia. O isopropanol também é conhecido como o principal ingrediente dos desinfetantes para as mãos na Terra. Ambos os isômeros de propanol em Sgr B2 foram identificados no conjunto de dados ALMA. É a primeira vez que o isopropanol é detectado no meio interestelar e a primeira vez que o propanol normal é detectado em uma região de formação de estrelas. A primeira detecção interestelar de propanol normal foi obtida pouco antes da detecção do ALMA por uma equipe de pesquisa espanhola com radiotelescópios de prato único em uma nuvem molecular não muito longe de Sgr B2. A detecção de isopropanol em direção a Sgr B2, no entanto, só foi possível com ALMA.
“A detecção de ambos os isômeros do propanol é excepcionalmente poderosa na determinação do mecanismo de formação de cada um. Como eles se assemelham muito, eles se comportam fisicamente de maneiras muito semelhantes, o que significa que as duas moléculas devem estar presentes nos mesmos lugares e ao mesmo tempo. vezes”, diz Rob Garrod, da Universidade da Virgínia (Charlottesville/EUA). “A única questão em aberto são as quantidades exatas que estão presentes – isso torna sua proporção interestelar muito mais precisa do que seria o caso de outros pares de moléculas. Isso também significa que a rede química pode ser ajustada com muito mais cuidado para determinar os mecanismos por que eles formam.”
A rede de telescópios ALMA foi essencial para a detecção de ambos os isômeros do propanol em direção ao Sgr B2, graças à sua alta sensibilidade, alta resolução angular e ampla cobertura de frequência. Uma dificuldade na identificação de moléculas orgânicas nos espectros das regiões de formação de estrelas é a confusão espectral. Cada molécula emite radiação em frequências específicas, sua “impressão digital” espectral, que é conhecida a partir de medições de laboratório.
“Quanto maior a molécula, mais linhas espectrais em diferentes frequências ela produz. Em uma fonte como Sgr B2, existem tantas moléculas contribuindo para a radiação observada que seus espectros se sobrepõem e é difícil separar suas impressões digitais e identificá-las individualmente, ” diz Holger Müller, da Universidade de Colônia, onde foi realizado trabalho de laboratório, especialmente com propanol normal.
Graças à alta resolução angular do ALMA, foi possível isolar partes do Sgr B2 que emitem linhas espectrais muito estreitas, cinco vezes mais estreitas do que as linhas detectadas em escalas maiores com o radiotelescópio IRAM 30 m. A estreiteza dessas linhas reduz a confusão espectral, e isso foi fundamental para a identificação de ambos os isômeros do propanol em Sgr B2. A sensibilidade do ALMA também desempenhou um papel fundamental: não teria sido possível identificar propanol nos dados coletados se a sensibilidade fosse apenas duas vezes pior.
Esta pesquisa é um esforço de longa data para investigar a composição química dos locais em Sgr B2 onde novas estrelas estão sendo formadas e, assim, entender os processos químicos em ação no curso da formação estelar. O objetivo é determinar a composição química dos locais de formação de estrelas e, possivelmente, identificar novas moléculas interestelares. “O propanol está há muito tempo em nossa lista de moléculas a serem pesquisadas, mas é somente graças ao trabalho recente feito em nosso laboratório para caracterizar seu espectro rotacional que pudemos identificar seus dois isômeros de maneira robusta”, diz Oliver Zingsheim, também da Universidade de Colônia.
Detectar moléculas intimamente relacionadas que diferem ligeiramente em sua estrutura (como normal e isopropanol ou, como foi feito no passado: normal e isopropil cianeto) e medir sua proporção de abundância permite aos pesquisadores sondar partes específicas do rede de reações químicas que leva à sua produção no meio interestelar.
“Ainda existem muitas linhas espectrais não identificadas no espectro ALMA de Sgr B2, o que significa que ainda há muito trabalho para decifrar sua composição química. Em um futuro próximo, a expansão da instrumentação do ALMA para frequências mais baixas provavelmente nos ajudará para reduzir ainda mais a confusão espectral e possivelmente permitir a identificação de moléculas orgânicas adicionais nesta fonte espetacular”, conclui Karl Menten, diretor do MPIfR e chefe do departamento de pesquisa de astronomia milimétrica e submilimétrica.
O levantamento de linha espectral de imagem ReMoCA realizado com ALMA em alta resolução angular e os resultados de um estudo espectroscópico recente de propanol foram usados para procurar os isômeros iso e normais da molécula de propanol no núcleo molecular quente Sgr B2(N2) na vizinhança do centro galáctico. Os espectros interferométricos foram analisados sob a hipótese de equilíbrio termodinâmico local. A rede de reações do modelo astroquímico MAGICKAL foi expandida para explorar as rotas de formação do propanol e colocar os resultados observacionais em um contexto astroquímico mais amplo.
Publicado em 03/07/2022 10h07
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