Scoperto un disinfettante nella regione del centro galattico


La posizione della nube molecolare di formazione stellare Sgr B2 vicino alla sorgente centrale della Via Lattea, Sgr A. Gli isomeri propanolo e isopropanolo sono stati entrambi rilevati in Sgr B2 utilizzando il telescopio ALMA.

Un gruppo internazionale di ricercatori guidato da Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Germania) riporta la prima identificazione dell’isopropanolo nello spazio interstellare, una sostanza che viene utilizzata come disinfettante sulla Terra. L’isopropanolo è il più grande alcol rilevato finora, dimostrando la crescente complessità dei membri di una delle classi di molecole più abbondanti che si possono trovare nello spazio. L’identificazione è stata resa possibile grazie alle osservazioni della regione di formazione stellare Sagittario B2 (Sgr B2) vicino al centro della nostra galassia dove sono già state rilevate molte molecole. È l’obiettivo di un’indagine estesa sulla sua composizione chimica con il telescopio ALMA in Cile.

La ricerca di molecole nello spazio va avanti da più di 50 anni. Ad oggi, gli astronomi hanno identificato 276 molecole nel mezzo interstellare. Il database di Colonia per la spettroscopia molecolare (CDMS) fornisce dati spettroscopici per rilevare queste molecole, contribuito da molti gruppi di ricerca, ed è stato determinante nella loro rilevazione in molti casi.

L’obiettivo del presente lavoro è capire come si formano molecole organiche nel mezzo interstellare, in particolare nelle regioni in cui nascono nuove stelle, e quanto possano essere complesse queste molecole. La motivazione di fondo è stabilire connessioni con la composizione chimica dei corpi del sistema solare come le comete, come consegnato ad esempio dalla missione Rosetta alla cometa Churyumov-Gerasimenko alcuni anni fa.

Una regione di formazione stellare eccezionale nella nostra galassia dove molte molecole sono state rilevate in passato è Sagittario B2 (Sgr B2), che si trova vicino alla famosa sorgente Sgr A, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia.

Il nostro gruppo ha iniziato a studiare la composizione chimica di Sgr B2 più di 15 anni fa con il telescopio IRAM da 30 m“, afferma Arnaud Belloche del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) di Bonn/Germania, il principale autore del documento di rilevamento. “Queste osservazioni hanno avuto successo e hanno portato in particolare alla prima rilevazione interstellare di diverse molecole organiche, tra molti altri risultati“.

Con l’avvento di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) dieci anni fa, è diventato possibile andare oltre ciò che poteva essere raggiunto verso Sgr B2 con un telescopio a pinza singola ed è stato avviato uno studio a lungo termine della composizione chimica di Sgr B2 che ha sfruttato l’alta risoluzione angolare e sensibilità fornita da ALMA.

Finora, le osservazioni di ALMA hanno portato all’identificazione di tre nuove molecole organiche (cianodo iso-propilico, N-metilformammide, urea) dal 2014. L’ultimo risultato all’interno di questo progetto ALMA è ora il rilevamento del propanolo (C3H7OH).

Il propanolo è un alcol ed è ora il più grande di questa classe di molecole che è stato rilevato nello spazio interstellare. Questa molecola esiste in due forme (“isomeri”), a seconda di quale atomo di carbonio il gruppo funzionale idrossile (OH) è attaccato a: 1) normale-propanolo, con OH legato a un atomo di carbonio terminale della catena, e 2) iso-propanolo, con OH legato all’atomo di carbonio centrale nella catena. L’isopropanolo è anche ben noto come l’ingrediente chiave nei disinfettanti per le mani sulla Terra. Entrambi gli isomeri di propanolo in Sgr B2 sono stati identificati nel set di dati ALMA. È la prima volta che l’isopropanolo viene rilevato nel mezzo interstellare e la prima volta che il propanolo normale viene rilevato in una regione di formazione stellare. La prima rilevazione interstellare di proanolo normale è stata ottenuta poco prima della rilevazione di ALMA da un gruppo di ricerca spagnolo con radiotelescopi a singolo in una nube molecolare non lontano da Sgr B2. La rilevazione di isopropanolo verso Sgr B2, tuttavia, è stata possibile solo con ALMA.

La rilevazione di entrambi gli isomeri del propanolo è straordinariamente potente nel determinare il meccanismo di formazione di ciascuno. Poiché si assomigliano così tanto, si comportano fisicamente in modi molto simili, il che significa che le due molecole dovrebbero essere presenti negli stessi luoghi allo stesso tempo“, dice Rob Garrod dell’Università della Virginia (Charlottesville/USA). “L’unica domanda aperta sono le quantità esatte presenti: questo rende il loro rapporto interstellare molto più preciso di quanto sarebbe il caso di altre coppie di molecole. Significa anche che la rete chimica può essere sintonizzata con molta più attenzione per determinare i meccanismi con cui si formano“.

La rete di telescopi ALMA era essenziale per il rilevamento di entrambi gli isomeri di propanolo verso Sgr B2, grazie alla sua elevata sensibilità, alla sua alta risoluzione angolare e alla sua ampia copertura in frequenza. Una difficoltà nell’identificazione delle molecole organiche negli spettri delle regioni di formazione stellare è la confusione spettrale. Ogni molecola emette radiazioni a frequenze specifiche, la sua “impronta digitale” spettrale, che è nota dalle misurazioni di laboratorio.

Più grande è la molecola, più linee spettrali a diverse frequenze produce. In una fonte come Sgr B2, ci sono così tante molecole che contribuiscono alla radiazione osservata che i loro spettri si sovrappongono ed è difficile districare le loro impronte digitali e identificarle individualmente“, afferma Holger Müller dell’Università di Colonia, dove è stato eseguito un lavoro di laboratorio soprattutto sul propanolo normale.

Grazie all’alta risoluzione angolare di ALMA, è stato possibile isolare parti di Sgr B2 che emettono linee spettrali molto strette, cinque volte più strette delle linee rilevate su scale più grandi con il radiotelescopio IRAM da 30 m. La ristrettezza di queste linee riduce la confusione spettrale, e questa è stata fondamentale per l’identificazione di entrambi gli isomeri di propanolo in Sgr B2. Anche la sensibilità di ALMA ha svolto un ruolo chiave: non sarebbe stato possibile identificare il propanolo nei dati raccolti se la sensibilità fosse stata solo due volte peggiore.

Questa ricerca è uno sforzo di lunga data per sondare la composizione chimica dei siti in Sgr B2 dove si stanno formando nuove stelle, e quindi comprendere i processi chimici all’opera nel corso della formazione stellare. L’obiettivo è determinare la composizione chimica dei siti di formazione stellare ed eventualmente identificare nuove molecole interstellari.

Il propanolo è stato a lungo nella nostra lista di molecole da cercare, ma è solo grazie al recente lavoro svolto nel nostro laboratorio per caratterizzare il suo spettro rotazionale che abbiamo potuto identificare i suoi due isomeri in modo robusto“, ha affermato Oliver Zingsheim, anche lui dell’Università di Colonia.

Rilevare molecole strettamente correlate che differiscono leggermente nella loro struttura (come il normale e l’isopropanolo o, come è stato fatto in passato: cianuro normale e isopropilico) e misurare il loro rapporto di abbondanza consente ai ricercatori di sondare parti specifiche della rete di reazione chimica che porta alla loro produzione nel mezzo interstellare.

Ci sono ancora molte linee spettrali non identificate nello spettro ALMA di Sgr B2, il che significa che ancora molto lavoro è lasciato per decifrare la sua composizione chimica. Nel prossimo futuro, l’espansione della strumentazione ALMA fino alle frequenze più basse probabilmente ci aiuterà a ridurre ulteriormente la confusione spettrale e forse consentirà l’identificazione di ulteriori molecole organiche in questa spettacolare fonte“, conclude Karl Menten, direttore dell’MPIfR e capo del suo dipartimento di ricerca sull’astronomia millimetrica e submillimetrica.

L’indagine sulla linea spettrale di imaging ReMoCA eseguita con ALMA ad alta risoluzione angolare e i risultati di un recente studio spettroscopico sul propanolo sono stati utilizzati per cercare l’iso e gli isomeri normali della molecola di propanolo nel nucleo molecolare caldo Sgr B2(N2) nelle vicinanze del centro galattico. Gli spettri interferometrici sono stati analizzati assumendo un equilibrio termodinamico locale. La rete di reazione del modello astrochimico MAGICKAL è stata ampliata al fine di esplorare le vie di formazione del propanolo e mettere i risultati osservazionali in un contesto astrochimico più ampio.

Gli studi associati sono stati pubblicati su Astronomy & Astrophysics.

I pdf dei documenti li trovate qui e qui.

Fonte