Da oltre 50 anni prosegue la ricerca di molecole nello spazio. Ad oggi, gli astronomi hanno identificato 276 molecole nel mezzo interstellare. L’ultimo contributo lo hanno dato i ricercatori del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn: hanno rilevato per la prima volta la molecola di isopropanolo.
L’isopropanolo è un composto chimico che può essere usato come antisettico, solvente o detergente. È stato rilevato con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) nella regione di formazione stellare massiccia Sagittarius B2, vicino a Sgr A* al centro della Via Lattea. Ma in che modo si formano le molecole organiche come l’isopropanolo nel mezzo interstellare? E quanto complesse possono diventare?
Molte molecole nel centro galattico
Sagittarius B2 (Sgr B2) è una regione di formazione stellare della nostra Galassia in cui sono state rilevate molte molecole in passato. A tal proposito, Arnaud Belloche del Max Planck Institute for Radio Astronomy afferma:
Il nostro gruppo ha iniziato a studiare la composizione chimica di Sgr B2 più di 15 anni fa con il telescopio IRAM da 30 metri. Queste osservazioni hanno avuto successo e hanno portato in particolare al primo rilevamento interstellare di diverse molecole organiche, oltre a molti altri risultati.
Dieci anni fa è arrivato il radiotelescopio ALMA, con cui è stato possibile andare oltre ciò che si poteva ottenere con un telescopio a singola parabola come IRAM. Di conseguenza gli esperti hanno avviato uno studio a lungo termine della composizione chimica di Sgr B2, che ha sfruttato l’alta risoluzione angolare e la sensibilità fornite da ALMA.
Tre nuove molecole organiche per ALMA, tra cui l’isopropanolo
Dal 2014 le osservazioni di ALMA hanno portato all’identificazione di tre nuove molecole organiche nello spazio interstellare: cianuro di iso-propile; N-metilformammide; urea. L’ultimo risultato di questo progetto con ALMA è stato invece il rilevamento del propanolo (C3H7OH).
Il propanolo è un alcol, il più grande di questa classe di molecole ad essere stato rilevato nello spazio. Questa molecola esiste in due forme, isomeri, a seconda dell’atomo di carbonio a cui è attaccato il gruppo funzionale idrossile OH:
- il normal-propanolo, con l’OH legato a un atomo di carbonio terminale della catena;
- l’iso-propanolo, con l’OH legato all’atomo di carbonio centrale della catena. L’isopropanolo è anche noto come ingrediente chiave per il disinfettante per le mani sulla Terra.
Entrambi gli isomeri del propanolo in Sgr B2 sono stati identificati nei dati di 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.
Il primo rilevamento interstellare di normal-propanolo è stato ottenuto poco prima del rilevamento ALMA da un gruppo di ricerca spagnolo in una nube molecolare non lontana da Sgr B2. Il rilevamento dell’iso-propanolo verso Sgr B2, invece, è stato possibile solo con ALMA.
Il meccanismo di formazione dell’isopropanolo
“L’individuazione di entrambi gli isomeri del propanolo ha un potere unico nel determinare il meccanismo di formazione di ciascuno di essi” spiega Rob Garrod, dell’Università della Virginia, USA.
Poiché si assomigliano molto, i due isomeri si comportano fisicamente in modo molto simile. Ciò significa che le due molecole dovrebbero essere presenti negli stessi luoghi e negli stessi momenti. “L’unica questione aperta è quella delle quantità esatte presenti: questo rende il loro rapporto interstellare molto più preciso di quanto non sarebbe per altre coppie di molecole” aggiunge Goddard.
L’alta risoluzione spettrale di ALMA è stata essenziale
La rete di telescopi ALMA è stata essenziale per il rilevamento di entrambi gli isomeri del propanolo. Una difficoltà nell’identificare le molecole organiche negli spettri delle regioni di formazione stellare è la confusione spettrale. Ogni molecola emette radiazioni a frequenze specifiche, una sorta di “impronta digitale” spettrale, nota grazie alle misurazioni di laboratorio. Più grande è la molecola, più linee spettrali a diverse frequenze produce. In una sorgente come Sgr B2, le molecole che contribuiscono alla radiazione osservata sono così tante che i loro spettri si sovrappongono ed è difficile distinguere le loro impronte digitali e identificarle singolarmente.
Grazie all’alta risoluzione angolare di ALMA, gli esperti hanno isolato parti di Sgr B2 che emettono linee spettrali molto strette. La ristrettezza di queste linee riduce la confusione spettrale e questo è stato fondamentale per l’identificazione di entrambi gli isomeri del propanolo in Sgr B2.
Sondare la composizione chimica del centro galattico
L’obiettivo finale del progetto dietro a questa ricerca è determinare la composizione chimica dei siti di formazione stellare, ed eventualmente identificare nuove molecole interstellari. Il propanolo, per esempio, era da molto tempo nella lista di molecole da ricercare. Tuttavia è solo grazie allo studio sui dati di ALMA che gli scienziati hanno potuto identificare i suoi due isomeri in modo robusto.
Individuare molecole strettamente correlate che differiscono nella struttura e misurare il loro rapporto di abbondanza permette di sondare le reazioni chimiche che portano alla loro produzione nel mezzo interstellare.
“Ci sono ancora molte linee spettrali non identificate nello spettro ALMA di Sgr B2, il che significa che c’è ancora molto lavoro da fare per decifrare la sua composizione chimica. Nel prossimo futuro, l’espansione della strumentazione ALMA a frequenze più basse ci aiuterà probabilmente a ridurre ulteriormente la confusione spettrale e forse permetterà l’identificazione di ulteriori molecole organiche in questa spettacolare sorgente”, conclude Karl Menten, direttore dell’MPIfR.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, è disponibile qui.
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