Acredita-se que muito do carbono no espaço exista na forma de grandes moléculas chamadas de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). Desde a década de 1980, evidências circunstanciais indicaram que essas moléculas são abundantes no espaço, mas eles não foram observados diretamente.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor assistente do MIT Brett McGuire identificou dois PAHs distintos em um pedaço de espaço chamado Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Acreditava-se que os PAHs se formavam com eficiência apenas em altas temperaturas - na Terra, eles ocorrem como subprodutos da queima de combustíveis fósseis, e também são encontrados em marcas de carvão em alimentos grelhados. Mas a nuvem interestelar onde a equipe de pesquisa os observou ainda não começou a formar estrelas, e a temperatura está cerca de 10 graus acima do zero absoluto.

Esta descoberta sugere que essas moléculas podem se formar em temperaturas muito mais baixas do que o esperado, e pode levar os cientistas a repensar suas suposições sobre o papel da química do PAH na formação de estrelas e planetas, dizem os pesquisadores.

"O que torna a detecção tão importante é que não apenas confirmamos uma hipótese que está sendo formulada há 30 anos, mas agora podemos olhar para todas as outras moléculas nesta fonte e perguntar como elas estão reagindo para formar os PAHs que estamos vendo, como os PAHs que estamos vendo podem reagir com outras coisas para possivelmente formar moléculas maiores, e que implicações isso pode ter para a nossa compreensão do papel das moléculas de carbono muito grandes na formação de planetas e estrelas, "diz McGuire, quem é o autor sênior do novo estudo.

Michael McCarthy, diretor associado do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, é outro autor sênior do estudo, que aparece hoje em Ciência . A equipe de pesquisa também inclui cientistas de várias outras instituições, incluindo a Universidade da Virgínia, o Observatório Nacional de Radioastronomia, e Goddard Space Flight Center da NASA.

Sinais distintivos

Começando na década de 1980, astrônomos usaram telescópios para detectar sinais infravermelhos que sugeriam a presença de moléculas aromáticas, que são moléculas que normalmente incluem um ou mais anéis de carbono. Acredita-se que cerca de 10 a 25 por cento do carbono no espaço seja encontrado nos PAHs, que contêm pelo menos dois anéis de carbono, mas os sinais infravermelhos não eram distintos o suficiente para identificar moléculas específicas.

"Isso significa que não podemos nos aprofundar nos mecanismos químicos detalhados de como eles são formados, como eles reagem um com o outro ou outras moléculas, como eles são destruídos, e todo o ciclo do carbono ao longo do processo de formação de estrelas e planetas e, eventualmente, vida, "Diz McGuire.

Embora a radioastronomia tenha sido o carro-chefe da descoberta molecular no espaço desde 1960, radiotelescópios poderosos o suficiente para detectar essas grandes moléculas existem há pouco mais de uma década. Esses telescópios podem captar espectros rotacionais de moléculas, que são padrões distintos de luz que as moléculas emitem à medida que caem pelo espaço. Os pesquisadores podem então tentar combinar padrões observados no espaço com padrões que eles viram dessas mesmas moléculas em laboratórios na Terra.

"Depois de ter essa correspondência de padrão, você sabe que não existe nenhuma outra molécula que possa estar emitindo esse espectro exato. E, a intensidade das linhas e a força relativa das diferentes peças do padrão informam sobre quanto da molécula existe, e quão quente ou fria a molécula é, "Diz McGuire.

McGuire e seus colegas têm estudado o TMC-1 há vários anos porque observações anteriores revelaram que ele é rico em moléculas de carbono complexas. Alguns anos atrás, um membro da equipe de pesquisa observou indícios de que a nuvem contém benzonitrila - um anel de seis carbonos ligado a um grupo nitrila (carbono-nitrogênio).

Os pesquisadores então usaram o Green Bank Telescope, o maior radiotelescópio dirigível do mundo, para confirmar a presença de benzonitrila. Em seus dados, eles também encontraram assinaturas de duas outras moléculas - os PAHs relatados neste estudo. Essas moléculas, chamado 1-cianonaftaleno e 2-cianonaftaleno, consistem em dois anéis de benzeno fundidos, com um grupo nitrila ligado a um anel.

"Detectar essas moléculas é um grande salto à frente na astroquímica. Estamos começando a conectar os pontos entre pequenas moléculas - como o benzonitrila - que existem no espaço, aos PAHs monolíticos que são tão importantes na astrofísica, "diz Kelvin Lee, um pós-doutorado do MIT que é um dos autores do estudo.

Encontrar essas moléculas no frio, Starless TMC-1 sugere que PAHs não são apenas subprodutos de estrelas moribundas, mas pode ser montado a partir de moléculas menores.

“No lugar onde os encontramos, não há estrela, então, ou eles estão sendo construídos no lugar ou são os restos de uma estrela morta, "McGuire diz." Achamos que é provavelmente uma combinação dos dois - as evidências sugerem que não é nem um caminho nem o outro exclusivamente. Isso é novo e interessante porque realmente não havia nenhuma evidência observacional para esse caminho de baixo para cima antes. "

Química de carbono

O carbono desempenha um papel crítico na formação dos planetas, então, a sugestão de que os PAHs podem estar presentes mesmo em pessoas sem estrelas, regiões frias do espaço, pode levar os cientistas a repensar suas teorias sobre quais produtos químicos estão disponíveis durante a formação do planeta, McGuire diz. Como os PAHs reagem com outras moléculas, eles podem começar a formar grãos de poeira interestelar, que são as sementes de asteróides e planetas.

"Precisamos repensar totalmente nossos modelos de como a química está evoluindo, começando a partir desses núcleos sem estrelas, para incluir o fato de que eles estão formando essas grandes moléculas aromáticas, " ele diz.

McGuire e seus colegas agora planejam investigar mais como esses PAHs se formaram, e que tipos de reações podem sofrer no espaço. Eles também planejam continuar digitalizando TMC-1 com o poderoso Telescópio Green Bank. Uma vez que eles tenham essas observações da nuvem interestelar, os pesquisadores podem tentar combinar as assinaturas que encontram com os dados que geram na Terra, colocando duas moléculas em um reator e explodindo-as com quilovolts de eletricidade, quebrá-los em pedaços e deixá-los se recombinar. Isso pode resultar em centenas de moléculas diferentes, muitos dos quais nunca foram vistos na Terra.

"Precisamos continuar a ver quais moléculas estão presentes nesta fonte interestelar, porque quanto mais sabemos sobre o inventário, quanto mais podemos começar a tentar conectar as peças desta teia de reação, "Diz McGuire.