¿De dónde vienen las cadenas carbonadas?

• Título: TMRT Observations of Carbon-chain molecules in Serpens South 1A
• Autores: Juan Li, Zhi-Qiang Shen, Junzhi Wang, Xi Chen, Ya-Jun Wu, Rong-Bing Zhao, Jin-Qing Wang, Xiu-Ting Zuo, Qing-Yuan Fan, Xiao-Yu Hong, Dong-Rong Jiang, Bin Li, Shi-Guang Liang, Quan-Bao Ling, Qing-Hui Liu, Zhi-Han Qian, Xiu-Zhong Zhang, Wei-Ye Zhong, Shu-Hua Ye
• Institución del primer autor: Department of Radio Science and Technology, Shanghai Astronomical Observatory, Shanghai, China; Key Laboratory of Radio Astronomy, Chinese Academy of Sciences, China
• Estado: aceptado por publicación en Astrophysical Journal

En algún sentido, todos los descubrimientos astronómicos tienen que ver con la búsqueda de nuestro origen.  Encontrar carbono en el universo es encontrar uno de los elementos más básicos para la vida.  En otras palabras, carbono es el elemento clave en una molécula orgánica (o compuesto orgánico), y “orgánica” significa que tiene importancia para la vida.

Las moléculas orgánicas pueden ser muy complicadas, orientadas como largas cadenas carbonadas.  Astrónomos han descubierto estas cadenas, por ejemplo C_nH, HC_2n+1N, y C_nS (los “n” significa una cantidad del elemento C) en nubes densas y frías, alrededor de estrellas evolucionadas de la Rama Asintótica Gigante, en regiones de formación estelar masiva, y en regiones de foto-disociación (PDR por sus siglas en inglés).  Todos estos casos agregan evidencia al hipótesis que las moléculas orgánicas se estan formando en el medio interestelar.  Pero hay muy pocas detecciones de las cadenas carbonadas todavía, y no se sabe la cantidad y la vía de su formación.

Cyanoacetylene, o HC₃N, tiene un átomo de hidrogeno, un átomo de nitrógeno, y tres átomos de carbono.  Se encuentran dentro de nubes moleculares donde se forman estrellas.  Los autores de hoy miden la proporción de carbono-13 (con 6 protones y 7 neutrones) y carbono-12 dentro de esta molécula. (Crédito: Wikipedia)

Observaciones

Los autores de hoy detectaron algunas moléculas de cadenas carbonadas en una nube proto-estelar Serpens South, ubicada en la constelación Serpens.  Entonces, pueden comparar la cantidad de moléculas orgánicas en Serpens South — una región muy activa de formación estelar — con la región menos activa Taurus donde otros astrónomos han detectado cadenas carbonadas.  Buscan un lugar en Serpens South que se llama 1A, donde hay una nube densa de gas sin haber formado estrellas.  Los autores hicieron las observaciones con el telescopio nuevo Shanghai Tian Ma Radio Telescope, ubicado en el oeste de Shanghai de China.  Es un telescopio dirigible con un diámetro de 65 metros (casi llegando al tamaño del radio telescopio dirigible más grande del mundo, el Green Bank Telescope de 100 metros).  Observaron las moléculas  HC₃N, HC₉N, C₆H, C₈H con frecuencias en los rangos 4-8 GHz y 11.5-18.5 GHz.  La molécula HC₃N puede ser en la forma H¹³CCCN, HC¹³CCN, y HCC¹³CN, con la diferencia en dónde ubica el carbono (C) con 13 nucleones (¹³C tiene un neutron más que la versión más abundante ¹²C).

Los espectros muestran la intensidad de emission de las moléculas HC3N, incluyendo algunos arreglos del elemento carbono-13 dentro de la molécula.  Los autores calcularon la densidad de cada molécula.  Se ve que HC₃N es la más fuerte, y dentro de los isótopos HCC¹³CN es más fuerte que los otros.  Esto significa que en las moléculas con carbono-13, el carbono-13 prefiere ubicarse al lado del nitrógeno.  El color rojo muestra las lineas de emisión principales y “hiperfinas” (las más pequeñas).  (Figura 3 de Li et al. 2016)

Resultados

(1) La densidad de las cadenas carbonadas en Serpens South 1A es parecida a la densidad en otras nubes observadas anteriormente — Taurus y Lupus.  Cada nueva detección de esta cantidad de cadenas carbonadas sirve como prueba que la formación de moléculas orgánicas es algo “universal” en el medio interestelar.

(2) Determinaron la proporción de los isótopos [¹²C/¹³C], a través de medir las moléculas [HC₃N/H¹³CCCN],[HC₃N/HC¹³CCN], [HC₃N/HCC¹³CN].  Debido de que las proporciones son parecidas a las proporciones medidas en Taurus, además que modelos demuestran que [¹²C/¹³C] depende de la densidad y temperatura (o sea, la evolución) de una región, los autores dicen que Serpens South 1a debe tener el mismo estado de evolución que Taurus.

(3) Calcularon las proporciones de las cadenas carbonadas, [H¹³CCCN]:[HC¹³CCN]:[HCC¹³CN], otra vez parecida a la proporción en Taurus de 1:1:1.4.  Lo importante es que hay más carbono-13 ubicado al lado del nitrógeno en HC₃N.  Siguiendo las reacciones químicas, los autores pueden probar que la reacción más importante en formar HC₃N es C₂H₂+CN.

Conclusiones

Está bien claro que los autores quieren seguir buscando y detectando cadenas carbonadas en distintas regiones de formación estelar, ya que tienen los observatorios adecuados para hacerlo.  Aunque encontraron que Serpens South 1A es una fuente parecida a Taurus, deben observar otras regiones para probar el hipótesis que cadenas carbonadas indican la evolución de una región.  Las medidas están de acuerdo con la cantidad de moléculas orgánicas encontradas en “la vecindad solar,” y confirman los modelos de la formación de moléculas criticas para vida.