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¿Un arranque en caliente para el origen de la vida?

El ADN es sinónimo de vida, pero ¿dónde se originó? Una forma de responder a esta pregunta es tratar de recrear las condiciones en que se formaron los precursores moleculares del ADN. Estos precursores son estructuras de anillo de carbono con átomos de nitrógeno integrados, componentes claves de las nucleobases, que a su vez son los bloques de construcción de la doble hélice

Ahora, los investigadores del Laboratio Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Nacional (Berkeley Lab) y la Universidad de Hawai en Manoa, Estados Unidos, han demostrado por primera vez que los puntos calientes cósmicos, como cerca de las estrellas, podrían ser excelentes entornos para la creación de estos anillos moleculares que contienen nitrógeno.

En un nuevo artículo en la revista Astrophysical Journal, el equipo describe el experimento en el que se recrean las condiciones alrededor de estrellas moribundas, ricas en carbono, para encontrar vías de formación de las moléculas importantes.

«Esta es la primera vez que alguien ha observado una reacción caliente como esta», dice Musahid Ahmed, científico en la División de Ciencias Químicas en Berkeley Lab. Para los átomos de carbono no es fácil formar anillos que contienen nitrógeno, dice. Pero este nuevo trabajo demuestra la posibilidad de una reacción en fase gaseosa caliente, lo que Ahmed llama una «barbacoa cósmica».

Durante décadas, los astrónomos han apuntado sus telescopios hacia el espacio en busca de firmas de estos anillos de carbono dobles nitrogenados llamados quinolina, explica Ahmed. Se han centraron sobre todo en el espacio entre las estrellas, llamado el medio interestelar. Si bien el entorno estelar se ha considerado un candidato probable para la formación de estructuras de anillo de carbono, nadie había pasado mucho tiempo buscando allí anillos de carbono que contienen nitrógeno.

Para volver a crear las condiciones cerca de una estrella, Ahmed y su colaborador desde hace mucho tiempo, Ralf Kaiser, profesor de química en la Universidad de Hawai, Manoa, y sus colegas, que incluyen a Dorian Parker en Hawai, y Oleg Kostko y Tyler Troy de Berkeley Lab, eligieron la Fuente Avanzada Luz (ELA), una instalación del Departamento de Energía con sede en Berkeley Lab.

En la ELA, los investigadores utilizaron un dispositivo llamado boquilla caliente, utilizado antes para confirmar exitosamente la formación de hollín durante la combustión. En el presente estudio, la boquilla caliente se utiliza para simular las presiones y temperaturas en los ambientes estelares de las estrellas ricas en carbono. En la boquilla caliente, los investigadores inyectaron un gas formado de una molécula de carbono que contiene nitrógeno de anillo sencillo y dos moléculas cortas de carbono-hidrógeno, llamadas acetileno.

Luego, utilizando la radiación de sincrotrón de la ALS, el equipo sondeó el gas caliente para ver qué moléculas se formaban. Encontraron que la boquilla de 700 Kelvin transforma el gas inicial en una de las moléculas en anillo que contienen nitrógeno, llamados quinolonas y isoquinolina, lo que se considera el siguiente paso en términos de complejidad.

«Hay una barrera de energía para que esta reacción se lleve a cabo, y se puede superar esa barrera cerca de una estrella o en nuestra configuración experimental», dice Ahmed. «Esto indica que podemos empezar a buscar estas moléculas alrededor de estrellas, ahora.»

Estos experimentos proporcionan pruebas convincentes de que las moléculas clave de quinolona e isoquinolina se pueden sintetizar en estos ambientes calientes y luego ser expulsados con el viento estelar al medio interestelar: el espacio entre las estrellas, dice Kaiser.

«Una vez expulsados al espacio, en las nubes moleculares frías, estas moléculas pueden, entonces, condensarse en nanopartículas interestelares frías, donde pueden ser procesadas y hechas funcionales», añade Kaiser. «Estos procesos podrían llevar a las moléculas más complejas, biorrelevantes, tales como nucleobases de crucial importancia a la formación de ADN y ARN.»

 

 

La historia anterior se basa en los materiales proporcionados por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Referencia de publicación: Dorian S. N. Parker, Ralf. I. Kaiser, Oleg Kostko, Tyler P. Troy, Musahid Ahmed, Alexander M. Mebel, Alexander G. G. M. Tielens. GAS PHASE SYNTHESIS OF (ISO)QUINOLINE AND ITS ROLE IN THE FORMATION OF NUCLEOBASES IN THE INTERSTELLAR MEDIUM. The Astrophysical Journal, 2015; 803 (2): 53 DOI: 10.1088/0004-637X/803/2/53

Fuente: ScienceDaily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Descubiertas moléculas orgánicas complejas en un joven sistema estelar

Estos indicios sugieren que los cimientos de la química de la vida son universales. Por primera vez, un equipo de astrónomos ha detectado la presencia de moléculas orgánicas complejas (los componentes esenciales para la construcción de la vida) en un disco protoplanetario alrededor de una estrella joven

El descubrimiento, hecho con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), reafirma que las condiciones que dieron lugar al nacimiento de la Tierra y el Sol no son únicas en el universo. Los resultados se publican en la revista Nature del 09 de abril de 2015.

Las nuevas observaciones de ALMA revelan que el disco protoplanetario que rodea a la joven estrella MWC 480 [1] contiene grandes cantidades de cianuro de metilo (CH3CN), una molécula compleja basada en el carbono. Hay suficiente cianuro de metilo alrededor de MWC 480 como para llenar todos los océanos de la Tierra.

Tanto esta molécula como su pariente más simple, el ácido cianhídrico (HCN), fueron encontradas en los fríos confines del disco recién formado de la estrella, en una región que los astrónomos creen análoga a la del cinturón de Kuiper — el reino de los planetesimales helados y de los cometas en nuestro propio Sistema Solar, más allá de Neptuno.

Los cometas conservan, desde el periodo en que se formaron los planetas, la información original de la química temprana del Sistema Solar. Se cree que los cometas y los asteroides del Sistema Solar exterior enriquecieron al joven planeta Tierra con agua y moléculas orgánicas, ayudando a preparar la etapa en la que se desarrollaría la vida primigenia.

«Los estudios de cometas y asteroides muestran que la nebulosa solar que generó al Sol y los planetas era rica en agua y compuestos orgánicos complejos«, señala Karin Öberg, astrónoma del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica de Cambridge, Massachusetts (EE.UU.) y autora principal del nuevo artículo.

«Ahora tenemos aún más evidencias de que esta misma química existe en otras partes del universo, en las regiones que podrían formar sistemas solares no muy distintos al nuestro«. Öberg señala que esto resulta especialmente interesante, dado que las moléculas que se encuentran en MWC 480 también se encuentran en concentraciones similares en los cometas del Sistema Solar.

La estrella MWC 480, que tiene aproximadamente dos veces la masa del Sol, está a unos 455 años luz, en la región de formación estelar de Tauro. Su disco circundante está en las primeras etapas de desarrollo, es decir, recientemente ha empezado a condensarse a partir de una fría y oscura nebulosa de gas y polvo. Estudios llevados a cabo con ALMA y otros telescopios han llegado a detectar signos evidentes de formación planetaria en este disco, aunque observaciones de mayor resolución podrían revelar estructuras similares a las de HL Tauri, que es de una edad similar.

Desde hace un tiempo, los astrónomos saben que las oscuras y frías nubes interestelares son eficientes fábricas de moléculas orgánicas complejas, incluyendo a un grupo de moléculas conocidas como cianuros. Los cianuros y, en concreto, el cianuro de metilo, son importantes porque contienen enlaces carbono–nitrógeno: estos enlaces son esenciales para la formación de los aminoácidos, son la base para la creación de las proteínas y constituyen los componentes esenciales para la construcción de la vida.

Sin embargo, hasta ahora no estaba muy claro si estas mismas moléculas orgánicas complejas se forman y sobreviven de forma habitual en el ambiente energético de un sistema solar recién conformado, donde los choques y la radiación pueden romper fácilmente los enlaces químicos.

Gracias a la notable capacidad de ALMA [2], los astrónomos han podido comprobar, en las últimas observaciones, que estas moléculas no sólo sobreviven, sino que prosperan.

Y lo más importante: las moléculas detectadas por ALMA son mucho más abundantes que las halladas en las nubes interestelares. Esto revela a los astrónomos que los discos protoplanetarios son muy eficientes en la formación de moléculas orgánicas complejas y que son capaces de formarlas en escalas de tiempo relativamente cortas [3].

Dado que este sistema continúa evolucionando, los astrónomos especulan que es probable que las moléculas orgánicas, protegidas y a salvo en el interior de cometas y otros cuerpos helados, sean transportadas a entornos más enriquecedores para la vida.

«Gracias al estudio de exoplanetas, sabemos que el Sistema Solar no es el único que tiene tantos planetas o el único que cuenta con abundancia de agua«, concluye Öberg. «Ahora sabemos que tampoco somos únicos en cuanto a nuestra química orgánica. Una vez más, hemos aprendido que no somos especiales. Desde el punto de vista de la vida en el universo, es una buena noticia«.

 

Notas

[1] Esta estrella solo tiene alrededor de un millón de años. En comparación, el Sol tiene más de 4.000 millones de años. El nombre MWC 480 se refiere al Catálogo del Monte Wilson de estrellas de tipo B y A con líneas de hidrógeno brillantes en sus espectros.

[2] ALMA es capaz de detectar la débil radiación en el rango de las ondas milimétricas que emiten las moléculas en el espacio. Para estas últimas observaciones, los astrónomos utilizaron solo una parte de las 66 antenas de ALMA, cuando el telescopio estaba en su configuración de más baja resolución. Estudios posteriores de este y otros discos protoplanetarios con ALMA con todas sus capacidades, revelarán detalles adicionales sobre la evolución química y estructural de estrellas y planetas.

[3] Esta rápida formación es esencial para dejar atrás las fuerzas que, de lo contrario, destruirían las moléculas. Además, estas moléculas fueron detectadas en una parte relativamente tranquila del disco, a una distancia de, aproximadamente, entre 4.500 y 15.000 millones de kilómetros de la estrella central. Aunque para los estándares del Sistema Solar parezca una distancia muy grande, en dimensiones a escala con respecto a MWC 480, hablaríamos exactamente de la zona de formación de cometas.

 

Información adicional

Este trabajo de investigación se presentó en un artículo científico titulado “The Cometary Composition of a Protoplanetary Disk as Revealed by Complex Cyanides”, por K.I. Öberg et al., que aparece en la revista Nature del 9 de abril de 2015.

El equipo está formado por Karin I. Öberg (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Viviana V. Guzmán (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica); Kenji Furuya (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos); Chunhua Qi (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica); Yuri Aikawa (Universidad de Kobe, Kobe, Japón); Sean M. Andrews (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica); Ryan Loomis (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica) y David J. Wilner (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica).

El conjunto ALMA, ( Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán (NSC, National Science Council), y por el NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute).

La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (Joint ALMA Observatory, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el E-ELT (European Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

 

 

 

Enlaces

Fuente: ESO. Aportado por Eduardo J. Carletti

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El estallido de una nova en Sagitario

Durante siglos pasó inadvertida, pero en tan solo una semana se ha convertido en una de las estrellas más brillantes de Sagitario. Su brillo alcanzó un máximo el 22 de marzo para disminuir durante los 4 días siguientes; pero después su luminosidad ha comenzado a aumentar nuevamente y ahora es visible a simple vista

Nova Sagittarii 2015, No. 2

El pasado 15 de marzo, el astrónomo aficionado John Seach, notificó desde Australia el rápido abrillantamiento de una estrella en la constelación de Sagitario. Como es usual, este comunicado se realizó mediante el servicio de telegramas de la Unión Astronómica Internacional que puso en marcha a numerosos observadores, tanto aficionados como profesionales. Rápidamente se confirmó que efectivamente se trataba del estallido de una nova que fue designada como Nova Sagittarii 2015 No. 2. La nova fue desde entonces observada muy detalladamente según incrementaba su luminosidad que condujo a un máximo el día 22 de marzo. Con 4,5 magnitudes de brillo, la nova se había convertido en una de las estrellas más brillantes de la constelación de Sagitario en tan solo una semana.

Se estima que, en término medio, se producen unas 40 novas cada año en la Vía Láctea. Pero, de éstas, tan solo unas 8 ó 10 llegan a ser visibles e identificadas desde la Tierra. La última vez que vimos una nova tan brillante como esta fue en diciembre de 2013, cuando estalló otra en el Centauro, Nova Centauri 2013, que fue también descubierta por John Seach.

Bomba H

Las numerosas observaciones ya existentes confirman que Nova Sagittarii 2015 No. 2 es una nova de tipo ‘clásico’. Las explosiones de estas novas suceden sobre la superficie de una estrella enana blanca que forma parte de un sistema estelar binario. Una enana blanca es una estrella inerte que ya ha agotado el hidrógeno que es la fuente de la energía nuclear estelar, pero esta estrella puede vivir una nueva vida cuando se encuentra en compañía de una estrella aún activa, ya sea una estrella en la plenitud de su vida como nuestro Sol, o una estrella evolucionada que comienza a eyectar sus capas más externas al espacio.

Cuando la distancia entre las dos componentes de uno de estos sistemas dobles es corta, el material más externo de la estrella activa puede ser robado por el campo gravitatorio de la enana blanca. Se va depositando así hidrógeno gaseoso sobre la superficie de esta última y los átomos de hidrógeno comienzan allí unas reacciones de fusión nuclear en cadena que desembocan en una explosión. Se trata de una auténtica bomba natural de hidrógeno. Naturalmente este proceso de transferencia de masa puede suceder en repetidas ocasiones en la vida de un sistema doble. Uno de los ejemplos más espectaculares es la nova RS de Ofiuco, que ha experimentado 6 explosiones desde 1898 hasta la actualidad.

Así pues, aunque también involucren grandes explosiones, las estallidos de tipo nova no son los mismos fenómenos físicos que los de tipo supernova que se crean cuando una estrella individual agota su energía nuclear y llega así al final de su vida explotando totalmente.

Cómo observarla

Nova Sagittarii 2015 No. 2 alcanzó un primer máximo el 22 de marzo y comenzó a perder luminosidad en ese momento, pero cambió de tendencia cuatro días después y ahora se encuentra incrementando su brillo nuevamente, por lo que vuelve a ser visible a simple vista. A partir de numerosas observaciones la Agrupación Americana de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO por sus siglas en inglés) ha producido una ‘curva de luz’, es decir el gráfico que muestra la evolución del brillo según pasa el tiempo, que acompaña a estas líneas. Es imposible prever cómo va a evolucionar en los próximos días, en particular si continuará aumentando aún más su brillo.

Aunque la constelación de Sagitario se observa mejor en pleno verano, ahora es posible verla un par de horas antes del amanecer por el sudeste, pero a baja elevación sobre el horizonte. La Nova Sagittarii 2015 No. 2 está aproximadamente en el centro del asterismo conocido como ‘la tetera’ que es característico de Sagitario. Aunque es posible observarla a simple vista, su baja elevación aconseja el realizar la observación en un cielo oscuro y con el horizonte despejado de obstáculos por el sudeste. Cerca de Sagitario se encuentra la constelación de Escorpio con sus estrellas tan brillantes, entre las que destaca la rojiza Antares. Saturno se encuentra estos días relativamente cerca de Antares, un poco más alto sobre el horizonte que esta última.

También interesante

  • El término nova fue acuñado por el astrónomo Tycho Brahe en el siglo XVI, cuando describió una explosión de supernova en Casiopea (SN1572) en su libro ‘De stella nova’: ‘Acerca de la estrella nueva’. Los términos nova y supernova se utilizaron indistintamente hasta bien entrado el siglo XX..
  • Las estrellas dobles precursoras de las novas se denominan ‘variables cataclísmicas’. La distancia que separa la enana blanca de la estrella normal que constituyen estos sistemas es del orden de la distancia Tierra-Luna y el periodo orbital es de tan solo unas horas.
  • Las novas recurrentes como RS Ophiuchi, con periodos de recurrencia de décadas, parecen ser objetos muy poco abundantes. Sin embargo, se piensa que prácticamente todas las novas deben ser recurrentes sobre escalas de tiempo de unos miles a cientos de miles de años.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España

Twitter: @RafaelBachiller