Astrónomas descubren la molécula más grande hasta ahora en un disco de formación de planetas

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, investigadoras del Observatorio de Leiden, en los Países Bajos, han detectado por primera vez dimetil éter en un disco de formación de planetas. Con nueve átomos, se trata de la molécula más grande identificada en un disco de este tipo hasta la fecha. También es un precursor de moléculas orgánicas de mayor tamaño que pueden conducir a la aparición de vida.

Esta composición nos muestra una reproducción artística del disco de formación de planetas que hay alrededor de la estrella IRS 48, también conocida como Oph-IRS 48. El disco contiene una región en forma de anacardo en su parte sur que atrapa granos de polvo de tamaño milimétrico. Estos granos pueden unirse y convertirse en objetos del tamaño de un kilómetro como cometas, asteroides y, potencialmente, incluso planetas. Observaciones recientes realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detectaron varias moléculas orgánicas complejas en esta región, incluido el dimetil éter, la molécula más grande encontrada en un disco de formación planetaria hasta la fecha. La emisión que señala la presencia de esta molécula (observaciones reales mostradas en azul) es claramente más fuerte en la trampa de polvo del disco. La composición también muestra un modelo de la molécula. Crédito: ESO/L. Calçada, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.

«A partir de estos resultados, podemos aprender más sobre el origen de la vida en nuestro planeta y, por lo tanto, tener una mejor idea del potencial de vida en otros sistemas planetarios. Es muy emocionante ver cómo estos hallazgos encajan en el panorama general», dice Nashanty Brunken, estudiante de máster en el Observatorio de Leiden, que pertenece a la Universidad de Leiden, y autora principal del estudio publicado hoy en Astronomy & Astrophysics.

El dimetil éter es una molécula orgánica comúnmente vista en nubes de formación estelar, pero nunca antes se había encontrado en un disco de formación de planetas. El equipo también hizo una detección tentativa de formiato de metilo, una molécula compleja similar al dimetil éter que también es una pieza clave en la construcción de moléculas orgánicas aún más grandes.

Imagen con anotaciones obtenida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en la que se muestra la trampa de polvo en el disco que rodea al sistema Oph-IRS 48. La trampa de polvo proporciona un refugio para las pequeñas partículas del disco, permitiendo que se agrupen y crezcan hasta alcanzar tamaños que les permitan sobrevivir por sí solas. La región verde es la trampa de polvo, donde se acumulan las partículas de mayor tamaño. En la esquina superior izquierda se muestra el tamaño de la órbita de Neptuno para estimar la escala. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

«Es realmente emocionante detectar por fin estas moléculas de mayor tamaño en los discos. Durante un tiempo pensamos que no iba a ser posible observarlos», afirma la coautora Alice Booth, también investigadora del Observatorio de Leiden.

Las moléculas se encontraron en el disco de formación de planetas que hay alrededor de la joven estrella IRS 48 (también conocida como Oph-IRS 48) con la ayuda de ALMA, un observatorio copropiedad del Observatorio Europeo Austral (ESO). IRS 48, ubicado a 444 años luz de distancia, en la constelación de Ofiuco, ha sido objeto de numerosos estudios porque su disco contiene una «trampa de polvo» asimétrica con forma de anacardo. Esta región, que probablemente se formó como resultado de un planeta recién nacido o una pequeña estrella compañera ubicada entre la estrella y la trampa de polvo, retiene un gran número de granos de polvo de tamaño milimétrico que pueden unirse y convertirse en objetos de tamaño kilómetro como cometas, asteroides y, potencialmente, incluso planetas.

Estas imágenes del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) muestran dónde se detectaron varias moléculas de gas en el disco que hay alrededor de la estrella IRS 48, también conocida como Oph-IRS 48. El disco contiene una región en forma de anacardos en su parte sur que atrapa granos de polvo de tamaño milimétrico- estos granos pueden unirse y convertirse en objetos del tamaño de un kilómetro como cometas, asteroides y, potencialmente, incluso planetas. Observaciones recientes detectaron varias moléculas orgánicas complejas en esta región, incluyendo formaldehído (H2CO; naranja), metanol (CH3OH; verde) y dimetil éter (CH3OCH3; azul), siendo esta última la molécula más grande encontrada en un disco de formación planetaria hasta la fecha. La emisión que indica la presencia de estas moléculas es claramente más fuerte en la trampa de polvo del disco, mientras que el gas de monóxido de carbono (CO; púrpura) está presente en todo el disco de gas. La ubicación de la estrella central está marcada con una estrella en las cuatro imágenes. La trampa de polvo es aproximadamente del mismo tamaño que el área ocupada por la emisión de metanol, que se muestra en la parte inferior izquierda. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.

Se cree que muchas moléculas orgánicas complejas, como el dimetil éter, surgen en nubes de formación estelar, incluso antes de que nazcan las estrellas mismas. En estos ambientes fríos, los átomos y las moléculas simples, como el monóxido de carbono, se adhieren a los granos de polvo, formando una capa de hielo y experimentando reacciones químicas que resultan en moléculas más complejas. La comunidad astronómica descubrió recientemente que la trampa de polvo que hay en el disco de IRS 48 también es un depósito de hielo que alberga granos de polvo cubiertos con este hielo rico en moléculas complejas. En esta región del disco es donde ALMA ha detectado signos de la molécula de dimetil éter: a medida que el calentamiento de IRS 48 sublima el hielo en gas, las moléculas atrapadas, heredadas de las nubes frías, se liberan y se vuelven detectables.

«Lo que hace que esto sea aún más emocionante es que ahora sabemos que estas moléculas complejas de mayor tamaño están disponibles para alimentar el proceso de formación de planetas en el disco», explica Booth. «Esto no se sabía antes, ya que en la mayoría de los sistemas estas moléculas están ocultas en el hielo«.

Esta composición, hecha a partir de imágenes obtenidas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), muestra dónde se detectaron varias moléculas de gas en el disco que hay alrededor de la estrella IRS 48, también conocida como Oph-IRS 48. El disco contiene una región en forma de anacardo en su parte sur que atrapa granos de polvo de tamaño milimétrico. Estos granos pueden unirse y convertirse en objetos del tamaño de un kilómetro como cometas, asteroides y, potencialmente, incluso planetas. Observaciones recientes detectaron varias moléculas orgánicas complejas en esta región, incluyendo formaldehído (naranja), metanol (verde) y dimetil éter (azul), siendo esta última la molécula más grande encontrada en un disco de formación planetaria hasta la fecha. La emisión que indica la presencia de estas moléculas es claramente más fuerte en la trampa de polvo del disco, mientras que el gas de monóxido de carbono (púrpura) está presente en todo el disco de gas. La ubicación de la estrella central está marcada con una estrella. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.

El descubrimiento del dimetil éter sugiere que muchas otras moléculas complejas que se detectan comúnmente en regiones de formación estelar también pueden estar al acecho en estructuras heladas presentes en discos de formación de planetas. Estas moléculas son las precursoras de moléculas prebióticas como los aminoácidos y los azúcares, que son algunos de los componentes básicos de la vida.

Estudiando su formación y evolución se puede mejorar nuestra comprensión de cómo las moléculas prebióticas terminan en los planetas, incluido el nuestro. «Estamos muy contentos de poder comenzar a seguir todo el viaje de estas moléculas complejas desde las nubes que forman estrellas hasta los discos de formación de planetas y cometas. Esperemos que, con más observaciones, podamos acercarnos un paso más a la comprensión del origen de las moléculas prebióticas en nuestro propio Sistema Solar» , afirma Nienke van der Marel, investigadora del Observatorio de Leiden que también participó en el estudio.

Esta imagen obtenida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) muestra la trampa de polvo en el disco que rodea al sistema Oph-IRS 48. La gran asimetría de la emisión de polvo entre las partes norte y sur del disco (de al menos un factor 130) indica la presencia de esta trampa de polvo, que proporciona un refugio para las pequeñas partículas del disco, permitiendo que se agrupen y crezcan hasta alcanzar tamaños que les permitan sobrevivir por sí solas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Los futuros estudios de IRS 48 con el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Chile, y que comenzará a operar a finales de esta década, permitirán al equipo estudiar la química de las regiones más internas del disco, donde pueden estar formándose planetas como la Tierra.

Esta imagen obtenida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) muestra la trampa de polvo en el disco que rodea al sistema Oph-IRS 48. La trampa de polvo proporciona un refugio para las pequeñas partículas del disco, permitiendo que se agrupen y crezcan hasta alcanzar tamaños que les permitan sobrevivir por sí solas. La región verde señala la zona en la que se encuentran las partículas de mayor tamaño (de milimétros) y la trampa de polvo descubierta por ALMA. El anillo anaranjado muestra observaciones de partículas de polvo mucho más finas (de micras) utilizando el instrumento VISIR, instalado en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico «A major asymmetric ice trap in a planet-forming disk: III. Primera detección de dimetil éter» (doi: 10.1051/0004-6361/202142981) publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

Esta publicación se lanzó en el Día Internacional de la Mujer de 2022 y presenta investigaciones realizadas por seis investigadoras que se identifican como mujeres.

El equipo está compuesto por Nashanty G.C. Brunken (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]); Alice S. Booth (Leiden); Margot Leemker (Leiden); Pooneh Nazari (Leiden); Nienke van der Marel (Leiden); Ewine F. van Dishoeck (Observatorio de Leiden, Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO), socio de ALMA en nombre de Europa.

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).

Enlaces de interés

• Capullo estelar con moléculas orgánicas en el borde de nuestra galaxia
• No olviden el surco: científicos usan masa estelar para establecer vínculo entre exoplanetas y discos protoplanetarios
• Publicación en ESO/España

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• Publicado en ALMA el 8 de marzo del 2022, enlace publicación.