Nasce uma estrela: Estudo revela química complexa dentro de "berçários estelares"

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu o que pode ser um passo crítico na evolução química de moléculas em "berçários estelares" cósmicos. Nessas vastas nuvens de gás frio e poeira no espaço, trilhões de moléculas se juntam ao longo de milhões de anos. 

Este mosaico combina várias observações da Nuvem Molecular de Touro realizadas pelo observatório Herschel da ESA. Localizado a cerca de 450 anos-luz de nós, na constelação de Touro, o Touro, este vasto complexo de nuvens interestelares é onde uma miríade de estrelas está nascendo, e é a maior região mais próxima da formação estelar. Crédito: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; Agradecimento: R. Hurt (JPL-Caltech), CC BY-SA 3.0 IGO

O colapso dessas nuvens interestelares eventualmente dá origem a estrelas e planetas jovens. Como os corpos humanos, os berçários estelares contêm muitas moléculas orgânicas, que são compostas principalmente de átomos de carbono e hidrogênio. Os resultados do grupo, publicados em 6 de fevereiro na revista Nature Astronomy, revelam como certas moléculas orgânicas grandes podem se formar dentro dessas nuvens. É um pequeno passo na jornada química de eras que os átomos de carbono sofrem – formando-se nos corações das estrelas moribundas, depois tornando-se parte de planetas, organismos vivos na Terra e talvez além. 

"Nessas nuvens moleculares frias, você está criando os primeiros blocos de construção que, no final, formarão estrelas e planetas", disse Jordy Bouwman, pesquisador associado do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial (LASP) e professor assistente do Departamento de Química da Universidade do Colorado em Boulder. 

Para o novo estudo, Bouwman e seus colegas mergulharam profundamente em um berçário estelar em particular: a Nuvem Molecular de Touro (TMC-1). Esta região fica na constelação de Touro e está a cerca de 440 anos-luz (mais de 2 quatrilhões de milhas) da Terra. Este ambiente quimicamente complexo é um exemplo do que os astrônomos chamam de "núcleo sem estrelas em acreção". Sua nuvem começou a entrar em colapso, mas os cientistas ainda não detectaram estrelas embrionárias surgindo dentro dela. 

As descobertas da equipe dependem de uma molécula enganosamente simples chamada orto-benzino. Com base em experimentos na Terra e simulações de computador, os pesquisadores mostraram que essa molécula pode facilmente se combinar com outras no espaço para formar uma ampla gama de moléculas orgânicas maiores. 

Pequenos blocos de construção, em outras palavras, tornam-se grandes blocos de construção. 

E, disse Bouwman, essas reações podem ser um sinal de que os berçários estelares são muito mais interessantes do que os cientistas lhes dão crédito. 

"Estamos apenas no início de realmente entender como passamos desses pequenos blocos de construção para moléculas maiores", disse ele. "Acho que descobriremos que essa química é muito mais complexa do que pensávamos, mesmo nos estágios iniciais da formação de estrelas."

Observação fatídica

Bouwman é um cosmoquímico, estudando um campo que mistura química e astronomia para entender as reações químicas agitadas que acontecem nas profundezas do espaço. 

Na superfície, disse ele, nuvens moleculares frias podem não parecer um foco de atividade química. Como o próprio nome sugere, essas sopas primordiais galácticas tendem a ser geladas, muitas vezes pairando em torno de -263 graus Celsius (cerca de -440 graus Fahrenheit), apenas 10 graus acima do zero absoluto. A maioria das reações precisa de pelo menos um pouco de calor para obter um pontapé inicial. 

Mas frio ou não, a química complexa parece estar acontecendo em berçários estelares. TMC-1, em particular, contém concentrações surpreendentes de moléculas orgânicas relativamente grandes com nomes como fulvenaleno e 1- e 2-etilciclopentadieno. Os químicos os chamam de "compostos de anel de cinco membros" porque cada um deles contém um anel de átomos de carbono em forma de pentágono. 

"Os pesquisadores continuaram detectando essas moléculas no TMC-1, mas sua origem não estava clara", disse Bouwman. 

Agora, ele e seus colegas acham que têm uma resposta. 

Em 2021, pesquisadores usando o Radiotelescópio Yebes de 40 metros, na Espanha, encontraram uma molécula inesperada escondida nas nuvens de gás da TMC-1: o ortobenzino. Bouwman explicou que esta pequena molécula, composta por um anel de seis átomos de carbono com quatro hidrogênios, é uma das extrovertidas do mundo da química. Ele interage facilmente com uma série de outras moléculas e não requer muito calor para fazê-lo. 

"Não há barreira para a reação", disse Bouwman. "Isso significa que ele tem o potencial de conduzir a química complexa em ambientes frios." 

Identificando o culpado

Para descobrir que tipo de química complexa estava acontecendo no TMC-1, Bouwman e seus colegas – que vêm dos Estados Unidos, Alemanha, Holanda e Suíça – recorreram a uma técnica chamada "espectroscopia de coincidência de fotoelétrons". A equipe usou a luz gerada por uma instalação gigante chamada fonte de luz síncrotron para identificar os produtos de reações químicas. Eles viram que os radicais orto-benzino e metilo, outro constituinte comum das nuvens moleculares, se combinam prontamente para formar compostos orgânicos maiores e mais complexos. 

"Sabíamos que estávamos em algo bom", disse Bouwman. 

A equipe então se baseou em modelos de computador para explorar o papel do orto-benzino em um berçário estelar espalhado por vários anos-luz nas profundezas do espaço. Os resultados foram promissores: os modelos geraram nuvens de gás contendo aproximadamente a mesma mistura de moléculas orgânicas que os astrônomos observaram no TMC-1 usando telescópios. 

O ortobenzeno, em outras palavras, parece ser um dos principais candidatos para impulsionar a química orgânica em fase gasosa que ocorre dentro desses berçários estelares, disse Bouwman. 

Ele acrescentou que os cientistas ainda têm muito trabalho a fazer para entender completamente todas as reações que acontecem no TMC-1. Ele quer examinar, por exemplo, como as moléculas orgânicas no espaço também captam átomos de nitrogênio – componentes-chave do DNA e aminoácidos dos organismos vivos na Terra. 

"Nossas descobertas podem apenas mudar a visão sobre quais ingredientes temos em primeiro lugar para formar novas estrelas e novos planetas", disse Bouwman. 

Os coautores do novo artigo incluem pesquisadores da Universidade de Leiden, na Holanda, do Benedictine College, nos EUA, da Universidade de Würzburg, na Alemanha, e do Instituto Paul Scherrer, na Suíça.

Fonte: phys.org