Primera detección de alcohol metílico en un disco de formación planetaria
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Primera detección de alcohol metílico en un disco de formación planetaria

15 Junio, 2016 / Tiempo de lectura: 9 minutes

Artículo científico

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) se ha conseguido detectar la molécula orgánica de alcohol metílico (metanol) en el disco protoplanetario de TW Hydrae. Se trata de la primera detección de este compuesto en un joven disco de formación planetaria. El metanol es la única molécula orgánica compleja detectada hasta ahora en discos que deriva, inequívocamente, de una forma helada. Su detección ayuda a los astrónomos a comprender los procesos químicos que tienen lugar durante la formación de sistemas planetarios y que, en última instancia, desembocan en la creación de los ingredientes para la vida.

El disco protoplanetario que rodea a la joven estrella TW Hydrae es el ejemplo conocido más cercano a la Tierra, a una distancia de tan solo unos 170 años luz. Esto hace que sea un objeto ideal para los astrónomos que estudian discos. Para los investigadores, este sistema debe ser muy parecido al Sistema Solar durante su formación, hace más de 4.000 millones de años.

ALMA es el observatorio más potente que existe para el cartografiado de la composición química y la distribución de gas frío en discos cercanos. Estas capacidades únicas han sido explotadas por un grupo de astrónomos dirigido por Catherine Walsh (Observatorio de Leiden, Países Bajos) con el fin de investigar la química de los discos protoplanetarios de TW Hydrae.

Las observaciones de ALMA han revelado, por primera vez, la huella dejada por gases de alcohol metílico o metanol (CH3OH) en un disco protoplanetario. El metanol, un derivado del metano, es una de las moléculas orgánicas complejas más grandes detectada en discos hasta la fecha. Identificar su presencia en objetos preplanetarios representa un hito en la comprensión de cómo se incorporan las moléculas orgánicas a planetas nacientes.

Además el metanol es, en sí mismo, una pieza fundamental de especies más complejas de gran importancia prebiótica, como los compuestos de aminoácidos. Como resultado, el metanol desempeña un papel vital en la creación de la rica química orgánica necesaria para la vida.

Catherine Walsh, autora principal del estudio, explica que "encontrar metanol en un disco protoplanetario demuestra la capacidad única de ALMA para estudiar los depósitos de hielo orgánico complejo presentes en discos y, por primera vez, nos permite mirar hacia atrás en el tiempo, al origen de la complejidad química en un vivero de planetas alrededor de una estrella similar al Sol joven".

La presencia de metanol gaseoso en un disco protoplanetario es de una gran importancia para la astroquímica. Mientras que otras especies detectadas en el espacio se forman tan solo por la química que se da en fase gaseosa o por una combinación de fase gaseosa y fase sólida, el metanol es un compuesto orgánico complejo que se forma únicamente en la fase de hielo mediante reacciones superficiales sobre los granos de polvo.

Esta ilustración muestra el disco protoplanetario conocido más cercano, que se encuentra alrededor de la estrella TW Hydrae, en la constelación meridional de Hydrus (la hidra macho). El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha detectado en este disco la molécula orgánica del alcohol metílico (metanol). Se trata de la primera detección de este compuesto en un joven disco de formación planetaria. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Esta ilustración muestra el disco protoplanetario conocido más cercano, que se encuentra alrededor de la estrella TW Hydrae, en la constelación meridional de Hydrus (la hidra macho). El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha detectado en este disco la molécula orgánica del alcohol metílico (metanol). Se trata de la primera detección de este compuesto en un joven disco de formación planetaria. Crédito: ESO/M. Kornmesser

La aguda visión de ALMA también ha permitido a los astrónomos cartografiar el metanol gaseoso a través del disco de TW Hydrae, detectando un patrón en forma de disco, además de importantes emisiones cercanas a la estrella central 1.

La observación de metanol en fase gaseosa, combinada con información sobre su distribución, implica que el metanol se ha formado sobre granos helados presentes en el disco y, posteriormente, ha sido liberado en estado gaseoso. Esta primera observación contribuye a aclarar el enigma de la transición hielo-gas del metanol 2 y, de forma más general, los procesos químicos en entornos astrofísicos 3.

La mejor imagen que ALMA ha obtenido de un disco protoplanetario hasta la fecha. Esta imagen de la cercana y joven estrella TW Hydrae, nos muestra los clásicos anillos y brechas que revelan que, en este sistema, hay planetas en formación. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

La mejor imagen que ALMA ha obtenido de un disco protoplanetario hasta la fecha. Esta imagen de la cercana y joven estrella TW Hydrae, nos muestra los clásicos anillos y brechas que revelan que, en este sistema, hay planetas en formación. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Ryan A. Loomis, coautor del estudio, añade: “La presencia de metanol en estado gaseoso en el disco es un indicador inequívoco de los ricos procesos químicos orgánicos que tienen lugar en una etapa temprana de formación de estrellas y planetas. Este resultado tiene un impacto en nuestra comprensión sobre cómo se acumula materia orgánica en sistemas planetarios muy jóvenes”.

Esta exitosa primera detección del metanol en fase gaseosa fría en un disco protoplanetario significa que la producción de la química del hielo puede explorarse ahora en discos, allanando el camino a futuros estudios de química orgánica compleja en los lugares en los que nacen los planetas. En la búsqueda de exoplanetas que puedan albergar vida, los astrónomos ahora tienen acceso a una nueva y potente herramienta.

Este video muestra el disco protoplanetario conocido más cercano, que se encuentra alrededor de la estrella TW Hydrae, en la constelación meridional de Hydrus (la hidra macho). El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha detectado en este disco la molécula orgánica del alcohol metílico (metanol). Se trata de la primera detección de este compuesto en un joven disco de formación planetaria. Crédito: ESO/M. Kornmesser | Descargar video

Este video, inspirado en una ilustración, muestra la molécula de metanol o alcohol metílico (CH3OH). Este compuesto orgánico ha sido detectado por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en el disco protoplanetario conocido más cercano, que se encuentra alrededor de la estrella TW Hydrae, en la constelación meridional de Hydrus (la hidra macho). Su detección ayuda a los astrónomos a comprender los procesos químicos que tienen lugar durante la formación de sistemas planetarios y que, en última instancia, desembocan en la creación de los ingredientes para la vida. Crédito: ESO/M. Kornmesser | Descargar video

Información adicional

Este trabajo se ha presentado en el artículo científico titulado “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, por Catherine Walsh et al., publicado en la revista Astrophysical Journal, Volumen 823, Número 1.

El equipo está formado por Catherine Walsh (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); Ryan A. Loomis (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Karin I. Öberg (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Mihkel Kama (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); Merel L. R. van't Hoff (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); Tom J. Millar (Escuela de Matemáticas y Física, Universidad Queens de Belfast, Belfast, Reino Unido); Yuri Aikawa (Centro de Ciencias Computacionales, Universidad de Tsukuba, Tsukuba, Japón); Eric Herbst (Departamentos de Química y Astronomía, Universidad de Virginia, Charlottesville, Virginia, EE.UU.); Susanna L. Widicus Weaver (Departamento de Química, Universidad Emory, Atlanta, Georgia, EE.UU.); y Hideko Nomura (Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra, Instituto Tokio de Tecnología, Tokio, Japón).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Enlaces

  1. Un anillo de metanol entre 30 y 100 unidades astronómicas (UA) reproduce el patrón de los datos de metanol observados por ALMA. La estructura identificada apoya la hipótesis de que la mayor parte del depósito de hielo del disco se encuentra, principalmente, en los granos de polvo más grandes (hasta tamaños de milímetros), ubicados en la zona interior a 50 UA, los cuales se han desacoplado del gas y han ido a la deriva hacia el interior en dirección a la estrella. ↩
  2. En este estudio, en lugar de desorción térmica (liberando metanol a temperaturas superiores a su temperatura de sublimación), el equipo ha promovido y discutido otros mecanismos, incluyendo la foto-desorción por fotones ultravioleta y desorción reactiva. Observaciones más detalladas de ALMA ayudarían a definir el escenario más apropiado. ↩
  3. La variación radial de especies químicas en la composición a medio plano del disco y, específicamente, la ubicación de las “fronteras heladas” (snowlines o líneas de nieve), son cruciales para la comprensión de la química de los planetas nacientes. Las líneas de nieve marcan el límite más allá del cual una determinada especie química volátil se congela sobre los granos de polvo. La detección de metanol también en las regiones exteriores más frías del disco demuestra que es capaz de escapar de los granos a temperaturas mucho más bajas que su temperatura de sublimación, algo necesario para provocar la desorción térmica. ↩

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