ISO Detecta Benceno en el Espacio

Stellar cocoon CRL 618
Stellar cocoon CRL 618
22 enero 2001

La vida que conocemos se basa en la capacidad del átomo de carbono de formar moléculas en forma de anillo. Pero los anillos de carbono no son exclusivos de la Tierra, como acaban de descubrir expertos en química espacial. Un grupo español, observando con el Observatorio Espacial Infrarrojo (ISO), ha detectado benceno, la molécula anillo por excelencia, en el espacio interestelar. Según estos astrónomos el benceno es producido por las estrellas en una determinada etapa de su evolución, en un paso químico esencial para llegar a la síntesis de moléculas orgánicas más complejas --un tipo de compuestos muy abundantes en el Universo pero cuya naturaleza aún no ha podido confirmarse. En la industria, el benceno se obtiene del petróleo y tiene muchos usos.

El benceno consta de seis átomos de carbono encadenados formando un anillo, más seis átomos de hidrógeno (cada uno enlazado a uno de los de carbono). Esta estructura fue descubierta en 1865 por el químico alemán August Kekule, que diría más tarde haberse inspirado en un sueño. Hoy día, los químicos saben que las moléculas del mismo tipo que las de benceno forman una gran familia de compuestos denominados hidrocarburos aromáticos, por su olor (por ejemplo, son los constituyentes básicos de perfumes y velas).

Los astrónomos pensaban encontrar este tipo de moléculas en forma de anillo también en el espacio, donde ya se han detectado largas cadenas de átomos de carbono. Además, se postulaba que ciertos compuestos, de naturaleza aún desconocida pero que se sabía que son muy abundantes en el espacio, eran en realidad hidrocarburos aromáticos. Estos compuestos han dejado su huella química, llamada 'bandas infrarrojas no identificadas' (UIB), en muchos sitios del Universo, y si bien los laboratorios no han logrado todavía confirmar con certeza su naturaleza, muchos astrónomos ya han dado en llamarlos 'hidrocarburos aromáticos policíclicos', o PAH.

Benzene structure
Benzene structure

¿Dónde buscar las moléculas en forma de anillo? Los astrónomos pensaban que cabría encontrarlas alrededor de las estrellas más viejas ricas en carbono. Cuando las estrellas de masa intermedia --de hasta aproximadamente tres masas solares-- envejecen hasta alcanzar la fase de 'gigante roja' empiezan a emitir enormes cantidades de gas y polvo, y dado que las reacciones nucleares en el núcleo de la estrella producen carbono, este polvocontiene muchos compuestos carbonáceos.

El equipo dirigido por José Cernicharo (Instituto de Estructura de la Materia, CSIC) escogió, para comenzar su búsqueda, una estrella gigante roja típica. Pero no funcionó: la estrella tenía moléculas a base de carbono, como acetileno, pero no moléculas en forma de anillo. Tampoco presentaba bandas infrarrojas no identificadas. De manera que los astrónomos pasaron a otra estrella, aún más vieja: una 'nebulosa protoplanetaria', es decir, una estrella moribunda a punto de convertirse en una 'enana blanca' rodeada por una hermosa nube de polvo y gases resplandecientes. Se concentraron en la nebulosa protoplanetaria CRL618 (ver la imagen tomada por el telescopio espacial Hubble de la ESA/NASA).

"Sabíamos que en una nebulosa protoplanetaria el polvo expulsado durante la etapa anterior de gigante roja está bañado por una poderosa radiación ultravioleta procedente de la estrella central, que emite también vientos de alta velocidad. La radiación y los vientos descomponen los compuestos carbonáceos presentes en el polvo y dan lugar a otras reacciones. Pensamos que el benceno hubiera podido formarse así, en un proceso que podríamos llamar 'polimerización del acetileno'", explica Cernicharo.

Esta vez la idea resultó correcta. Como se explica en el número del 10 de enero de 'The Astrophysical Journal', el benceno se detectó en los alredodores de la nebulosa protoplanetaria CRL618. Los autores estiman que podría haber varias moléculas de benceno por centímetro cúbico, un valor que se considera elevado pese a que la densidad de moléculas de todo tipo en el área observada es de diez millones por centímetro cúbico.

Un 'eslabón perdido'

Los autores creen que esta molécula es el 'eslabón perdido' entre las moléculas simples de carbono observadas en las gigantes rojas, formadas por no más de ocho átomos, y las moléculas complejas responsables de las bandas infrarrojas no identificadas, compuestas por centenares de átomos de carbono. Lla teoría implica por tato que las UIBs se deben a hidrocarburos aromáticos, una posibilidad que, de acuerdo con los autores, se ve reforzada por la primera detección de una molécula aromática en el espacio.

La idea del 'eslabón perdido' se basa en observaciones de estrellas en distintas etapas de evolución. Se han detectado UIBs alrededor de estrellas ya 'muertas', las 'nebulosas planetarias', pero no en la etapa anterior de su evolución, las nebulosas protoplanetarias --como la CRL618, en la que se encontró benceno--. La transformación de una nebulosa de protoplanetaria a planetaria dura no más de mil años, un proceso rápido en términos astronómicos: por ejemplo, la estrella central de CRL618 todavía era una gigante roja hace apenas unos siglos, y se convertirá en una nebulosa planetaria totalmente formada dentro de unos miles de años.

Como afirma Cernicharo, "las moléculas que provocan las UIBs se foman probablemente en el período relativamente corto que pasa entre el estado de nebulosa protoplanetaria y el de nebulosa planetaria. Parecería que las nebulosas protoplanetarias, ricas en carbono, constituyen las mejores fábricas de química orgánica del espacio".

Sobre ISO

The ISO satellite
ISO

El telescopio espacial infrarrojo ISO, de la Agencia Europea del Espacio, funcionó entre noviembre de 1995 y mayo de 1998, casi un año más de lo previsto inicialmente. El ISO, un observatorio sin precedentes para la astronomía infrarroja, realizó con éxito 30.000 observaciones científicas de regiones y objetos fríos y opacos del Universo.

Para más información, contactar:

José Cernicharo
Instituto de Estructura de la Materia, CSIC, Madrid
cerni@astro.iem.csic.es
+34 91 590 1611

Martin F. Kessler, ISO Project Scientist
ESA, Villfranca Satellite Tracking Station, Spain
+34-91-8131253
Martin.Kessler@esa.int

ESA Science Communication Service
+31-71-5653223

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