Webb revela uma riqueza excecional de moléculas orgânicas

Um estudo recente, conduzido pelo CAB (Centro de Astrobiología), CSIC-INTA (Consejo Superior de Investigaciones Científicas - Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), Espanha, e utilizando técnicas de modelação desenvolvidas na Universidade de Oxford, revelou uma riqueza sem precedentes de pequenas moléculas orgânicas no núcleo profundamente obscurecido de uma galáxia próxima, graças a observações efetuadas com o Telescópio Espacial James Webb. O trabalho, publicado na revista Nature Astronomy, fornece novos conhecimentos sobre a forma como as moléculas orgânicas complexas e o carbono são processados nalguns dos ambientes mais extremos do Universo. 

Imagem a cores falsas, pelo instrumento NIRCam do James Webb, da galáxia IRAS07251-0248. Crédito: Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais, STScI, AURA, NASA

O estudo centra-se em IRAS 07251-0248, uma galáxia ultraluminosa no infravermelho cujo núcleo está escondido atrás de grandes quantidades de gás e poeira. Este material absorve a maior parte da radiação emitida pelo buraco negro supermassivo central, tornando-o extremamente difícil de estudar com telescópios convencionais. No entanto, a gama de comprimentos de onda do infravermelho penetra na poeira e fornece informações únicas sobre estas regiões, revelando os processos químicos dominantes neste núcleo extremamente poeirento.

Instrumentos de última geração

A equipa utilizou observações espetroscópicas do Telescópio James Webb que cobrem a gama de comprimentos de onda de 3-28 micrómetros, combinando dados dos instrumentos NIRSpec e MIRI. Estas observações permitem a deteção de assinaturas químicas de moléculas em fase gasosa, bem como de características de gelo e grãos de poeira. Graças a estes dados, os investigadores conseguiram caracterizar a abundância e a temperatura de numerosas espécies químicas no núcleo desta galáxia "enterrada".

As observações revelam um inventário extraordinariamente rico de pequenas moléculas orgânicas, incluindo benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2), e triacetileno (C6H2) e, detetado pela primeira vez fora da Via Láctea, o radical metilo (CH3). Para além das moléculas em fase gasosa, foi encontrada uma grande abundância de materiais moleculares sólidos, tais como grãos de carbono e gelo de água.

"Encontrámos uma complexidade química inesperada, com abundâncias muito superiores às previstas pelos modelos teóricos atuais", explica o autor principal, Dr. Ismael García Bernete, anteriormente da Universidade de Oxford e agora investigador no CAB. Isto indica que deve haver uma fonte contínua de carbono nestes núcleos galácticos que alimenta esta rica rede química".

Estas moléculas poderão desempenhar um papel fundamental como blocos de construção fundamentais para a química orgânica complexa, de interesse para processos relevantes para a vida. A professora Dimitra Rigopoulou, do Departamento de Física da Universidade de Oxford, coautora do estudo, acrescenta: "Embora não se encontrem pequenas moléculas orgânicas nas células vivas, poderão desempenhar um papel vital na química pré-biótica, representando um passo importante para a formação de aminoácidos e nucleótidos".

Fábricas de moléculas orgânicas no Universo

A análise, que envolveu técnicas e modelos teóricos de HAPs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) desenvolvidos pelo grupo de Oxford, sugere que a química observada não pode ser explicada apenas por temperaturas elevadas ou movimentos turbulentos dos gases. Em vez disso, os resultados apontam para os raios cósmicos, abundantes nestes núcleos extremos, como fragmentadores de HAPs e grãos de poeira ricos em carbono, libertando pequenas moléculas orgânicas para a fase gasosa.

O estudo também encontra uma correlação clara entre a abundância de hidrocarbonetos e a intensidade da ionização por raios cósmicos em galáxias semelhantes, apoiando este cenário. Estes resultados sugerem que os núcleos galácticos profundamente obscurecidos podem atuar como fábricas de moléculas orgânicas, desempenhando um papel fundamental na evolução química das galáxias.

Este trabalho abre novos caminhos para o estudo da formação e processamento de moléculas orgânicas em ambientes espaciais extremos e demonstra o enorme potencial do Webb para explorar regiões do Universo que até agora permaneceram ocultas.

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