Nueva molécula en el espacio revela cómo se forman las estrellas

¿Qué implica el descubrimiento de una nueva molécula en el espacio? ¿Altera nuestra percepción del Universo? ¿El hallazgo revela detalles acerca de la formación de las estrellas y los planetas? Consultas de esta índole llegan a los investigadores que, recientemente, encontraron el compuesto 2-metoxienatol más allá de la Tierra. Es un verdadero hito en el ámbito astronómico.

El hallazgo fue realizado por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts y abordado en un paper publicado en The Astrophysical Journal Letters. Entre las claves de la investigación se destaca el empleo de modelos de aprendizaje automático, que confirmaron la presencia de 2-metoxienatol en el espacio. Además, el equipo liderado por el profesor del MIT, Brett McGuire, usó datos provistos por instrumental avanzado que opera desde Sudamérica. En concreto, se valieron de imágenes tomadas por ALMA, un observatorio ubicado en Atacama, al norte de Chile.

Para profundizar en los detalles de la nueva molécula en el espacio, Hipertextual conversó con los involucrados en este paso relevante para la ciencia espacial. Según comenta Zachary T. P. Fried, estudiante de posgrado del grupo que lidera McGuire y autor principal del estudio, el avance en las investigaciones permite un mayor conocimiento acerca de cómo se forman las estrellas y de los complejos procesos químicos involucrados en esas instancias.

Una nueva molécula en el espacio: “Es grande y compleja”

Conocido aquí en la Tierra, el 2-metoxietanol es un líquido sin color, con un olor suave, que se emplea en diversos productos. Por ejemplo en lacas, pinturas y aditivos para combustibles. Expertos en seguridad incluyen a este elemento en el listado de sustancias peligrosas, ya que puede causar daños celulares y afectar a los órganos humanos. Ahora bien, ¿cuál es su rol en el espacio, ahora que se ha descubierto su presencia en ese entorno?

«Nuestro grupo intenta comprender qué moléculas están presentes en las regiones del espacio donde eventualmente tomarán forma las estrellas y los sistemas solares”, dice Fried. “Para detectarlas, en primera instancia debemos tener una idea de qué queremos buscar. Luego podemos registrar su espectro en el laboratorio, aquí en la Tierra. Y finalmente buscamos ese espectro en el espacio usando telescopios”, explica.  

Cabe mencionar que hay varias moléculas del tipo “metoxi” en el espacio, como el metoximetanol y formiato de metilo, entre otras. Pero la variedad recientemente descubierta es la más grande y compleja jamás vista. En concreto, 2-metoxietanol contiene 13 átomos y es grande para los estándares interestelares. Según comentaron los investigadores en un comunicado del MIT, en 2021 solo se detectaron seis especies de más de 13 átomos fuera del Sistema Solar.

Un hallazgo relevante y multidisciplinario

El descubrimiento de una nueva molécula en el espacio se basa en una “detección segura”, según palabras de Fried. “Observamos 25 líneas rotacionales de 2-metoxietanol que se alineaban con la señal molecular. El código de aquello que buscábamos coincidió”, celebra Fried. “Luego, con ello derivamos parámetros físicos de la molécula, como su abundancia y temperatura de excitación. También nos permite avanzar en una investigación de las posibles vías de formación química a partir de precursores interestelares conocidos”, añade.

El paso no es trivial. Tal como señalamos, los descubrimientos moleculares ayudan a la comprensión de los procesos complejos que ocurren durante la formación de estrellas. “Las observaciones continuas de moléculas grandes y las derivaciones posteriores de sus abundancias nos permiten avanzar en nuestro conocimiento sobre la eficiencia con la que se pueden formar moléculas grandes y mediante qué reacciones específicas pueden producirse», dice Fried. «Además, se nos presentó una oportunidad única de investigar cómo las diferentes condiciones físicas de estas fuentes pueden estar afectando la química que puede ocurrir”.

El equipo de McGuire no trabajó solo en esta proeza científica. Para el estudio, se combinaron experimentos de la Universidad de Lille, en Francia, y del New College de Florida, en Estados Unidos. Además, las imágenes provistas por ALMA fueron analizadas en conjunto con especialistas del Observatorio Nacional de Radioastronomía, de Virginia, y de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca.  

«La colaboración entre varios grupos de investigación fue vital para el éxito de este proyecto«, comenta Fried en diálogo con esta publicación. «Esto fue importante porque cada uno de los laboratorios que participaron dispone de instrumentos que funcionan en diferentes regímenes de frecuencia. Combinando los datos, conseguimos un ajuste espectroscópico más robusto y mejor restringido», dilucida.

Nueva molécula en el espacio: entrevista exclusiva con los investigadores

Como puntapié, ¿por qué es relevante encontrar una nueva molécula en el espacio?

McGuire: Estamos interesados en conocer el proceso de formación de estrellas y planetas. Esto es importante para comprender de dónde provienen nuestro planeta y nuestro Sistema Solar. También, por qué tenemos la composición química que tenemos. Además, cómo se ven otros planetas —y quizás otra vida— alrededor de otras estrellas. Para hacer esto, necesitamos comprender cómo evoluciona la química y ayuda a dar forma a este proceso de formación de estrellas y planetas.

Lo hacemos entendiendo qué diferentes tipos de moléculas están presentes para sufrir reacciones químicas en las diversas etapas de este ciclo. Cada detección de una nueva molécula en el espacio añade una pieza más a este rompecabezas, ayudando a aclarar qué química es posible y qué no en estos diferentes pasos.

Además del descubrimiento per se, ¿es un indicador de algún proceso en particular?

McGuire: Este descubrimiento fue interesante por su relación con una molécula más pequeña, el metoximetanol. Se ha encontrado en NGC 6334I, que es una región donde se están formando estrellas masivas. También en IRAS 16293, donde se están formando estrellas de baja masa. Esto significa que el metoxietanol nos dice que probablemente haya algo fundamentalmente diferente en el entorno en el que se forman estrellas de gran masa frente a las estrellas de baja masa que está impactando directamente en la química. Si podemos aclarar qué es eso, entonces podremos utilizar nuestras observaciones en otras fuentes para comprender mejor su física y el proceso de formación estelar en general.

Comprendiendo que estas investigaciones involucran numerosas instancias, ¿cómo se llega a la conclusión de que hay una nueva molécula en el espacio?

Fried: Primero medimos su espectro de rotación en la Tierra. Cuando observamos fuentes interestelares con radiotelescopios, recopilamos la señal de rotación de todas las moléculas gaseosas en esa región. Debido a que las moléculas de la Tierra están sujetas a las mismas leyes de la mecánica cuántica que las del espacio, las frecuencias de las transiciones rotacionales medidas en el laboratorio deberían alinearse con las observadas con radiotelescopios. Por lo tanto, después de recopilar y analizar el espectro rotacional del 2-metoxietanol, comparamos el espectro con los datos observados hacia NGC 6334I e IRAS 16293.

¿Buscaban específicamente a esta nueva molécula en el espacio? ¿O acaso se «toparon» con ella en el marco de otras pesquisas?

Fried: Sí, buscábamos específicamente 2-metoxietanol. Esta molécula era un objetivo importante para la detección debido a su similitud química con varias de las moléculas detectadas previamente en regiones de formación de estrellas.

Sabemos que han colaborado en este estudio con el Obsevatorio ALMA, en Chile. ¿Cómo ha sido trabajar con ellos, a la distancia?

Fried: Para utilizar este telescopio, en ALMA, se envía una propuesta de observación que detalle sus planes de investigación. Si se aceptan estas propuestas, se le asignará una cantidad de tiempo específica para recopilar datos de ciertas fuentes interestelares. Generalmente utilizamos estos telescopios para recoger la señal de rotación de las moléculas en el espacio en regiones de frecuencia de banda ancha. Debido a que esta señal de rotación interestelar coincidirá con la emisión molecular medida en el laboratorio, ¡esto nos permite detectar nuevas moléculas en el espacio!

¿Hay una explicación para el nombre 2-metoxietanol?

Fried: Desafortunadamente, no tenemos la libertad de nombrar las moléculas que descubrimos. ¡Aunque eso sería divertido! La denominación sigue las convenciones de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), que estandariza el proceso de denominación de moléculas.

Finalmente, sabemos que han empleado inteligencia artificial, específicamente, aprendizaje automático, para encontrar esta nueva molécula en el espacio. ¿Qué aporta, concretamente, esta tecnología?

Fried: Un postdoctorado anterior de nuestro grupo desarrolló un método de aprendizaje automático. Este puede modelar la abundancia de las moléculas detectadas en fuentes interestelares. Luego podemos usar estos modelos para predecir qué moléculas pueden ser fuertes candidatas a la detección en el espacio. Desde entonces, hemos seguido desarrollando estos métodos y un artículo reciente que utiliza esta técnica sugirió que el 2-metoxietanol puede ser un objetivo de observación importante.

Una nueva molécula descubierta es el cosmos con la colaboración de un observatorio en Chile

Gracias a las predicciones de las tecnologías de aprendizaje automático, el equipo realizó sus observaciones apuntando con el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) hacia zonas específicas de formación de estrellas. En concreto, las regiones NGC 6334I e IRAS 16293, antes mencionadas por McGuire.  

El Observatorio ALMA se encuentra en el desierto de Atacama, que es uno de los sitios más secos en la Tierra, al norte del mapa chileno, en Sudamérica. Su radiotelescopio es poderoso, compuesto por 66 antenas. Fue creado en colaboración entre Europa (ESO), Norteamérica (NRAO) y Asia del Este (NAOJ), que junto a Chile levantaron estas instalaciones abocadas al estudio del “universo oscuro”.

Según explican los responsables del proyecto ALMA, las antenas en el observatorio pueden combinarse para operar como un potentísimo zoom. “Se logran, incluso, imágenes más nítidas que las del Telescopio Espacial Hubble”, señalan respecto a este vigía de la astronomía, con el propósito central de estudiar la infancia del Universo y la formación de estrellas, dirección a la que apunta el hallazgo de 2-metoxietanol, la nueva molécula en el espacio.