A investigação laboratorial revelou como os átomos de carbono se difundem na superfície dos grãos de gelo interestelares para formar compostos orgânicos complexos (à base de carbono) que são críticos para desvendar a complexidade da química cósmica. A lista de moléculas orgânicas detectadas no espaço e a compreensão de como interagem está em constante expansão graças às melhorias contínuas nas técnicas de observação directa. No entanto, experiências laboratoriais que revelam processos complexos também podem fornecer pistas importantes.
Representação artística da formação de compostos orgânicos no gelo interestelar. Fonte: Masashi Tsuge
Pesquisadores da Universidade de Hokkaido, trabalhando com colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, relatam novos insights baseados em laboratório sobre o papel central dos átomos de carbono nos grãos de gelo interestelares na revista Nature Astronomy.
Acredita-se que algumas das moléculas orgânicas mais complexas do espaço sejam criadas a temperaturas extremamente baixas nas superfícies das partículas de gelo interestelar. Entende-se que partículas de gelo adequadas para esse propósito abundam no universo.
Todas as moléculas orgânicas são baseadas em um esqueleto de átomos de carbono ligados. A maioria dos átomos de carbono são inicialmente formados através de reações de fusão nuclear em estrelas e são eventualmente dispersos no espaço interestelar quando a estrela morre numa explosão de supernova. Mas para formar moléculas orgânicas complexas, os átomos de carbono precisam de um mecanismo para se agruparem na superfície das partículas de gelo, encontrarem átomos parceiros e formarem ligações químicas com eles. Novas pesquisas sugerem um possível mecanismo.
Acima de 30 Kelvin (menos 243 graus Celsius / menos 405,4 graus Fahrenheit), os átomos de carbono se difundem e se combinam para formar o carbono diatômico C2. Fonte: MasashiTsuge et al., Nature Astronomy. 14 de setembro de 2023
Masashi Tsuge, químico do Instituto de Ciência Criogênica da Universidade de Hokkaido, disse:"Em nosso estudo, reproduzimos condições interestelares viáveis em laboratório e fomos capazes de detectar a reação de difusão de átomos de carbono fracamente ligados na superfície das partículas de gelo e gerar moléculas C2. C2, também conhecido como carbono diatômico, é uma molécula na qual dois átomos de carbono estão ligados entre si; sua formação é uma evidência concreta da presença de átomos de carbono difusos em interestelares partículas de gelo."
O estudo descobriu que essa difusão pode ocorrer em temperaturas acima de 30 Kelvin (menos 243 graus Celsius / 405,4 graus acima de zero Fahrenheit) e, no espaço, são necessários apenas 22 Kelvin (menos 251 graus Celsius / 419,8 graus Fahrenheit acima de zero) para ativar a difusão dos átomos de carbono.
Masashi Tsuzuki (à esquerda), o primeiro autor e autor correspondente do artigo, e Naoki Watanabe (à direita), o coautor. Fonte: Masashi Tsuge
Zhezhi disse que as descobertas colocam um processo químico anteriormente negligenciado na estrutura explicativa de como moléculas orgânicas mais complexas são construídas pela adição contínua de átomos de carbono. Ele acredita que estes processos podem ocorrer em discos protoplanetários em torno das estrelas, a partir dos quais os planetas se formam. As condições necessárias também podem desenvolver-se nas chamadas nuvens translúcidas, que eventualmente evoluem para regiões de formação estelar. Isto também poderia explicar a origem dos produtos químicos na Terra que podem ter dado origem à vida.
Além de questões sobre a origem da vida, esta pesquisa acrescenta um novo processo fundamental à variedade de reações químicas que podem ter, e ainda podem, estruturar a química baseada no carbono em todo o universo.
Os autores também resumem o entendimento atual da formação de produtos químicos orgânicos complexos no espaço de forma mais geral, e consideram como as reações impulsionadas pela difusão de átomos de carbono podem mudar a situação atual.