A vida existe em uma miríade de formas maravilhosas, mas se quebrar qualquer organismo até suas partes mais básicas, é tudo a mesma coisa: átomos de carbono ligados ao hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros elementos. Mas como estas substâncias fundamentais são criadas no espaço tem sido um mistério de longa data.Créditos: ESA / NASA / JPL-Caltech
Agora, os astrônomos entende melhor como as moléculas formam o que são necessárias para a construção de outros produtos químicos essenciais para a vida. Graças aos dados do Observatório Espacial Herschel da Agência Espacial Europeia, os cientistas descobriram que a luz ultravioleta das estrelas desempenham um papel fundamental na criação dessas moléculas, ao invés de eventos de "choque" que criam turbulência, como se pensava anteriormente.
Os cientistas estudaram os ingredientes da química do carbono na Nebulosa de Orion, a maior região de formação de estrelas mais próxima à Terra, que forma estrelas maciças. Eles mapearam a quantidade, a temperatura e os movimentos das molécula de carbono-hidrogênio (CH, ou "metilidina" para os químicos), o íon positivo carbono-hidrogênio (CH +) e o seu principal: o íon carbono (C +). Um íon é um átomo ou molécula com um desequilíbrio de prótons e elétrons, resultando em uma carga líquida.
"Na Terra, o sol é a fonte motriz de quase toda a vida na Terra. Agora, aprendemos que a luz das estrelas impulsionam a formação de substâncias químicas precursoras de substâncias químicas que precisamos para fazer a vida", disse Patrick Morris, O papel de pesquisador no Centro de Processamento e Análise de Infravermelhos da Caltech, em Pasadena.
No início dos anos 40, CH e CH + foram duas das três primeiras moléculas descobertas no espaço interestelar. Ao examinar nuvens moleculares - montagens de gás e poeira - em Orion com Herschel, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que CH + está emitindo em vez de absorver a luz, significando que é mais quente do que o gás de fundo. A molécula CH + precisa de muita energia para se formar e é extremamente reativa, então ela é destruída quando interage com o hidrogênio de fundo na nuvem. Sua temperatura quente e em alta abundância são, portanto, bastante misteriosos.
Por que, então, há tanto CH + em nuvens moleculares como a Nebulosa de Orion? Muitos estudos tentaram responder a essa pergunta antes, mas suas observações foram limitadas porque poucas estrelas de fundo estavam disponíveis para se estudar. Herschel sonda uma área do espectro eletromagnético - o infravermelho distante, associado a objetos frios - que nenhum outro telescópio espacial já alcançou antes, de modo que poderia levar em conta toda a Nebulosa de Orion em vez de estrelas individuais de dentro. O instrumento utilizado para obter seus dados, HIFI, é também extremamente sensível ao movimento das nuvens de gás.
Uma das principais teorias sobre as origens dos hidrocarbonetos básicos foi que eles se formaram em "choques", eventos que criam muita turbulência, como explosões de supernovas ou estrelas jovens cuspindo material. Áreas de nuvens moleculares que têm muita turbulência geralmente criam ondas de choques. Como uma onda grande que bate um barco, as ondas de choque causam vibrações no material que encontram. Essas vibrações podem bater elétrons fora átomos, tornando-os íons, que são mais propensos a combinar. Mas o novo estudo não encontrou correlação entre esses choques e CH + na Nebulosa de Orion.
Os dados de Herschel mostram que essas moléculas CH + foram mais provavelmente criadas pela emissão ultravioleta de estrelas muito jovens na Nebulosa de Orion, que, em comparação com o Sol, são mais quentes, muito mais maciças e emitem muito mais luz ultravioleta. Quando uma molécula absorve um fóton de luz, torna-se "excitada" e tem mais energia para reagir com outras partículas. No caso de uma molécula de hidrogênio, a molécula de hidrogênio vibra, gira mais rápido ou quando ambos são atingidos por um fóton ultravioleta.
Sabe-se por muito tempo que a nebulosa de Orion tem muitos do gás de hidrogênio. Quando a luz ultravioleta de grandes estrelas aquece as moléculas de hidrogênio ao redor, isso cria condições primordiais para a formação de hidrocarbonetos. À medida que o hidrogênio interestelar se aquece, os íons de carbono formados originalmente em estrelas começam a reagir com o hidrogênio molecular, criando CH +. Eventualmente, o CH + captura um elétron para formar a molécula CH neutra.
"Este é o início de toda a química do carbono", disse John Pearson, pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Pasadena, Califórnia, e co-autor do estudo. "Se você quer formar algo mais complicado, ele passa por esse caminho."
Os cientistas combinaram dados de Herschel com modelos de formação molecular e descobriram que a luz ultravioleta é a melhor explicação para como os hidrocarbonetos se formam na Nebulosa de Orion.
Os resultados têm implicações para a formação de hidrocarbonetos básicos em outras galáxias também. Sabe-se que em outras galáxias têm te ondas de choques, mas regiões densas nas quais a luz ultravioleta domina o aquecimento e a química também pode desempenhar um papel fundamental na criação de moléculas de hidrocarbonetos fundamentais.
"Ainda é um mistério como certas moléculas se excitam nos núcleos de galáxias", disse Pearson. "Nosso estudo é uma pista que a luz ultravioleta das estrelas maciças poderia dirigir a excitação das moléculas lá, demasiadamente.
A Herschel é uma missão da Agência Espacial Europeia, com instrumentos científicos fornecidos por consórcios de institutos europeus e com uma importante participação da NASA.
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