Bioquímica en el espacio

Título: The ALMA Protostellar Interferometric Line Survey (PILS): First results from an unbiased submillimeter wavelength line survey of the Class 0 protostellar binary IRAS 16293-2422 with ALMA
Autores: Jørgensen, J. K.; van der Wiel, M. H. D.; Coutens, A.; Lykke, J. M.; Müller, H. S. P.; van Dishoeck, E. F.; Calcutt, H.; Bjerkeli, P.; Bourke, T. L.; Drozdovskaya, M. N.; Favre, C.; Fayolle, E. C.; Garrod, R. T.; Jacobsen, S. K.; Öberg, K. I.; Persson, M. V.; Wampfler, S. F.
Institución del primer autor: Centre for Star and Planet Formation, Niels Bohr Institute & Natural History Museum of Denmark, University of Copenhagen, Øster Voldgade 5–7, DK-1350 Copenhagen K., Denmark

La fuente IRAS 16293-2422 es una protoestrella de la clase 0, una etapa temprana en la formación estelar.  Se ve que es una fuente binaria (y quizás triple o más).  (Figura 3 de Jorgensen et al. 2016)

Sabemos que la “vida” como la conocemos en nuestro planeta es muy compleja.  Para entender el origen y la evolución de la vida, hay que juntar los temas científicos de biología y química (sin contar con los temas menos tangibles como la psicología).  A pesar de su complejidad, hay algo dentro de los seres humanos que sigue preguntando: ¿De dónde venimos?

Desde hace unos años tenemos disponible una nueva herramienta para estudiar el origen de la vida: el observatorio ALMA.  De esta forma, conjunto con la astronomía se crean nuevas ramas de la ciencia también conocidas como “astro-química” y “astro-biología“. El objetivo principal de estas disciplinas se enfoca en las moléculas prebióticas (bio == vida; pre == origen), que luego se forman las moléculas más complejas y necesarias para la vida.  Científicos piensan que todos los átomos y moléculas de la Tierra se forjaron en las estrellas, pero el proceso de convertir átomos simples en moleculas prebióticas es un gran misterio.

Los autores de la publicación de hoy iniciaron el estudio “The ALMA Protostellar Interferometric Line Survey (PILS).”  Donde su nombre en inglés quiere decir: que van a observar las líneas espectrales de una proto-estrella, aprovechando ALMA como interferómetro.  El objeto principal se llama IRAS 16293-2422, y está experimentando la primera etapa de formar una estrella.

ALMA tiene dos gran ventajas que tienen que ver con la resolución y la sensibilidad.  En el caso de la resolución espacial — o nivel de detalle alcanzado con las observaciones — ALMA permite estudiar las emisiones de IRAS 16293-2422 resolviendo tamaños parecidos al tamaño de nuestro sistema solar.  La alta sensibilidad de ALMA significa que se puede detectar incluso la leve emisión que pueden producir diversas moléculas, del orden de miles de moléculas y sobre todo las moléculas prebióticas.

En esta figura, muestran la complejidad de los espectros y las numerosas lineas espectrales medidas con ALMA.  Se llama “bosque de líneas”, como un bosque lleno de arboles. (Figura 5 de Jorgensen et al. 2016)

A través de su estudio, los autores proponen cuatro preguntas:

1. ¿Cuánta complejidad molecular se encuentra durante las primeras etapas de formación estelar?
2. ¿Cómo se forman moléculas complejas orgánicas — aquellas relacionadas con la vida y las cuales tengan carbono?
3. ¿Las moléculas se forman en las superficies de granos de polvo y hielo, o en la fase de gas?  ¿Cuales serán las temperaturas necesarios para formar las moléculas?
4. ¿Cuán importantes son las condiciones del ambiente (por ejemplo, la temperatura, la radiación desde afuera)?

Algunas pistas para resolver las preguntas son las siguientes moléculas: metyl formate, glycolaldehyde, ethylene glycol, acetaldehyde, acetic acid.  Se pueden ver los símbolos/componentes de las moléculas en la siguiente figura.  Las medidas son hechas con respecto a la molécula CH₃OH, porque es difícil medir la abundancia absoluta de un elemento, debido a una gran cantidad de incertidumbres. Sin embargo es posible medir la abundancia relativa entre dos moleculas con gran presición.  Además, tiene más sentido medir las relaciones entre moléculas para estudiar los distintos mecanismos de formación.  El hecho de que las abundancias en IRAS 19293 y SgrB2 — una fuente en el centro galáctico, o sea un ambiente muy distinto — sean parecidas parece sorprender a los autores, y significa que hay otros factores que regulan la formación de las moléculas.   La figura también compara las abundancias medidas con algunos modelos para el colapso y calentamiento de una estrella joven.  De esta forma, los autores han descubierto que algunas moléculas prefieren formarse encima de los granos de hielo, donde prevalecen las bajas temperaturas.  Así, se pueden formar en las primeras etapas de la evolución de una proto-estrella.

Glycolaldehyde es una forma de azúcar sencillo, e interesante porque el carbohidrato ribose  es importante por seres vivos en ambientes terrestres.  Como se ve en las formulas, las otras moléculas son relacionadas, compuestas de carbono, hidrogeno, y oxigeno. (Figura 10 de Jorgensen et al. 2016)

La publicación de hoy es el punto de partida de un largo camino que busca responder a las preguntas anteriores.  Los autores explican que los datos contienen mucha información más para analizar.  El resultado principal hasta este momento es que las moléculas orgánicas complejas sí se pueden formar en las primeras etapas de formación estelar.  Lo cual puede considerarse como los primeros pasos para dar orígen a la vida y a seres humanos — aun más complejos — como nosotros.