Mucho antes de que una estrella comience a brillar, su nacimiento ocurre en un escenario oscuro, frío y aparentemente tranquilo. En enormes nubes de gas y polvo, la gravedad reúne lentamente la materia hasta formar estructuras alargadas conocidas como filamentos, verdaderas autopistas cósmicas por las que circula el material que eventualmente puede terminar formando nuevas estrellas.
Ahora, observaciones realizadas con el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) y encabezadas por astrofísicos mexicanos, han permitido identificar en uno de estos filamentos una molécula que puede ser una pieza importante de una química mucho más compleja: el ácido isociánico, conocido como HNCO. Los resultados se publican en la revista “Astronomy & Astrophysics”.
El hallazgo, realizado en la región L1157, muestra que esta molécula no solamente está presente alrededor de una estrella recién formada o en las violentas ondas de choque producidas por sus chorros de materia. También se encuentra distribuida en una estructura fría y aparentemente tranquila, anterior a buena parte de la actividad asociada con la formación estelar.
Para los investigadores, esto significa que los componentes básicos de la química orgánica compleja pueden estar disponibles desde etapas muy tempranas del nacimiento de una estrella, antes de que el calentamiento provocado por la nueva estrella o sus choques modifique el ambiente.
“Este descubrimiento resalta la importancia del GTM en la detección de estructuras extendidas con emisión molecular débil, que los grandes arreglos interferométricos de telescopios suelen filtrar y que radiotelescopios de antena única más pequeños no pueden detectar o visualizar con nitidez”, señala Arturo Iván Gómez Ruiz, autor principal del estudio. De esta manera, las observaciones con el GTM ofrecen la claridad necesaria para resolver estructuras que emiten luz relativamente débil a escalas intermedias, agrega el investigador del INAOE en un comuncado de la Secretaría de Ciencias, Humanidades, Tecnología e Innovación (Secihti).
UN FILAMENTO EN EL QUE NACE UNA ESTRELLA.
L1157 se encuentra a unos 340 parsecs de la Tierra, aproximadamente 1,100 años luz, en la constelación de Cefeo. La región forma parte de un complejo de nubes moleculares y contiene una estructura filamentaria de alrededor de 1.2 años luz de longitud y 0.09 años luz de ancho.
En uno de sus extremos se encuentra L1157-mm, un sistema protostelar que recientemente fue identificado como binario. Desde esta región emerge un chorro de materia que viaja a velocidades supersónicas y ha excavado cavidades en el gas circundante. Dos de sus principales zonas de choque son conocidas como B1 y B2.
Estas regiones son particularmente interesantes porque los choques comprimen y calientan el material, desencadenando una intensa actividad química. Pero el objetivo del nuevo estudio era mirar más allá de esas zonas violentas y observar la estructura que rodea al sistema en formación.
Para ello, el equipo utilizó el GTM, un radiotelescopio de 50 metros de diámetro que permitió cartografiar una región de tres por tres minutos de arco alrededor del principal choque de L1157. Los investigadores buscaron específicamente la emisión correspondiente al HNCO.La ventaja del GTM en este caso fue su capacidad para detectar estructuras extensas y relativamente débiles que pueden perderse cuando se utilizan observatorios diseñados principalmente para alcanzar una resolución espacial extremadamente alta. De acuerdo con el estudio, sus observaciones permitieron conectar escalas intermedias entre los grandes mapas de nubes moleculares y las observaciones de regiones muy compactas.
UNA MOLÉCULA EN EL LUGAR INESPERADO.
El HNCO no es una molécula completamente desconocida para la astronomía. Fue identificado en el medio interestelar desde 1971 y posteriormente se ha encontrado en distintos ambientes relacionados con la formación de estrellas, así como en otras regiones de nuestra galaxia y en galaxias externas. Lo novedoso de las observaciones de L1157 es dónde aparece.
Cuando los investigadores analizaron las diferentes velocidades del gas, encontraron que las emisiones más desplazadas corresponden a los chorros y choques ya conocidos. Sin embargo, alrededor de la velocidad característica de la nube apareció una estructura adicional de HNCO que coincide con el filamento observado previamente en otras longitudes de onda.
Los autores identificaron dos elongaciones, denominadas left ridge y right ridge, con tamaños aproximados de entre 0.15 y 0.16 parsecs de longitud y entre 0.04 y 0.06 parsecs de ancho.
La emisión coincide con las regiones más densas del filamento. De esta manera, las observaciones proporcionan evidencia de que el HNCO puede funcionar como un marcador de las partes densas de los filamentos donde se desarrolla la formación estelar.
Pero existe otro detalle importante: el HNCO no muestra un máximo de emisión justo sobre la posición de la estrella en formación. En cambio, aparece en grandes estructuras a ambos lados de ella.
Esto ayudó a los investigadores a descartar que la señal proviniera simplemente de una pequeña región alrededor de la protostar. Su interpretación es que la molécula está trazando el propio filamento.
LA QUÍMICA ANTES DE LA ESTRELLA
¿Por qué resulta importante encontrar HNCO en un lugar tan frío?
El ácido isociánico contiene cuatro elementos considerados fundamentales para la química de la vida: carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Además, su estructura incluye un enlace peptídico, el tipo de enlace que conecta aminoácidos entre sí.
Esto no significa que el estudio haya encontrado vida, aminoácidos o proteínas en el espacio. El hallazgo es mucho más temprano y, precisamente por eso, interesante: muestra que algunos compuestos que pueden participar en rutas químicas posteriores ya existen en una fase previa al nacimiento de la estrella.
Los investigadores estimaron que el filamento tiene temperaturas de apenas entre 10 y 15 kelvin, es decir, aproximadamente entre -263 y -258 grados Celsius. También presenta una dinámica relativamente tranquila, con anchos de línea de alrededor de 0.2 kilómetros por segundo.
En otras palabras, no se trata de una región sometida al intenso calentamiento de una estrella joven ni de una zona dominada por los choques de sus chorros. Y, sin embargo, allí está el HNCO.
“Pero más importante aún es que su presencia en este gas filamentario frío indica que los ingredientes necesarios para la síntesis de la química orgánica compleja ya están bien establecidos en etapas muy tempranas de la formación estelar, incluso antes del calentamiento provocado por el nacimiento de la estrella o por las ondas de choque producidas por los chorros de gas que esta expulsa durante su formación,” abundó el astrónomo del INAOE.
Los cálculos realizados por el equipo estiman una abundancia relativa de HNCO respecto al hidrógeno molecular de aproximadamente 6 × 10⁻⁹. Los investigadores señalan que esta abundancia coincide con predicciones de modelos químicos correspondientes a fases tempranas del colapso de una nube molecular.
Esto apunta a que la química necesaria para producir moléculas más complejas puede comenzar a desarrollarse mientras el material todavía se encuentra en una etapa fría y anterior al colapso que dará lugar a la estrella.
UNA MIRADA AL ORIGEN DE LA QUÍMICA CÓSMICA
El resultado obtenido en L1157 ofrece una imagen de la formación estelar distinta de aquella en la que la química compleja aparece únicamente después del nacimiento de una estrella y del calentamiento de su entorno.
En esta región, una parte de esa química parece estar preparada desde antes.
El filamento constituye una etapa temprana y relativamente prístina del proceso de formación estelar. La presencia de HNCO fuera de la envoltura de la protostar y lejos de las cavidades calentadas por los choques indica que la molécula puede producirse eficientemente en gas frío antes de que comiencen a dominar el calentamiento y la actividad de la estrella naciente.
El resultado no permite afirmar que las moléculas de la vida sean fabricadas directamente en estos filamentos ni que exista vida en ellos. Lo que sí muestra es algo más fundamental: la química que posteriormente puede alimentar procesos mucho más complejos no necesariamente comienza con una estrella ya formada.
Puede comenzar en la oscuridad, en una nube fría de gas y polvo, mientras una estrella todavía está tomando forma.
Y en ese proceso, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano ofrece una ventana para observar las moléculas que permanecen ocultas en las regiones donde comienza la historia de nuevas estrellas.