21/01/2014 - Investigadores del CSIC logran explicar la presencia de grandes moléculas de carbono en el espacio

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Un equipo multidisciplinar encabezado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto un nuevo mecanismo para explicar la presencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH por sus siglas en inglés) en el espacio.

Los resultados del trabajo, que combina observaciones astronómicas con técnicas avanzadas en nanotecnología, aparecen publicados en el último número de la revista Nature Communications.

Los PAH son grandes moléculas basadas en el carbono que se originan por la acumulación de hidrocarburos más pequeños. En la Tierra es posible encontrarlos en combustibles fósiles como el petróleo y el carbón, así como en productos derivados de su combustión. Diversas teorías científicas sostienen que estas moléculas son clave para comprender el origen de la vida en la Tierra.

El investigador del CSIC José Cernicharo, que trabaja en el Centro de Astrobiología (centro mixto del CSIC y el INTA), explica: “Los PAHs poseen un espectro infrarrojo característico que permitió su descubrimiento en el medio interestelar. Aunque se han detectado de forma rutinaria fuera de la Tierra, tanto su formación como su enorme abundancia en el espacio continúan siendo un misterio”.

Reproducir las condiciones del entorno espacial

En máquinas de ultra alto vacío, los científicos han llevado a cabo experimentos en los que han reproducido las condiciones del entorno espacial. Todo el proceso ha sido caracterizado empleando potentes microscopios de efecto túnel y técnicas de análisis de superficies combinadas con modelos computacionales.

El trabajo demuestra que es posible producir PAHs de forma eficiente a través de la interacción de hidrógeno atómico con granos de polvo compuestos de carburo de silicio. Estos granos, tan abundantes en el espacio, se forman cerca de las envolturas circumestelares de estrellas gigantes rojas, en concreto, a una distancia de entre 1 y 5 radios estelares (una zona comparable en tamaño a la órbita de Júpiter), a una temperatura aproximada de entre 1.800 y 2.500 °C.

Las altas temperaturas provocan que el carbono de los granos de polvo de la superficie del carburo de silicio se organice en capas de grafeno. La intensa radiación de la estrella empuja los granos de polvo a zonas externas más frías de la envoltura circumestelar, a una distancia de entre 5 y 20 radios estelares, donde la temperatura es de entre unos 600 y 1.200 °C aproximadamente.

“Nuestros experimentos muestran que el hidrógeno atómico actúa sobre la superficie de los granos de polvo arrancando trozos de la capa grafítica externa y liberando PAH o especies moleculares más pequeñas, que son expulsadas al espacio en unas condiciones análogas a las que se producen en la proximidad de las estrellas gigantes rojas”, señala José Ángel Martín-Gago, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

“El buen acuerdo obtenido entre los experimentos de laboratorio y el análisis de datos astrofísicos indica que las técnicas de ciencia de superficies abren la puerta a investigar y modelizar otros procesos asociados a las partículas de polvo del medio interestelar”, recalca Cernicharo.

El estudio se enmarca en el proyecto NANOCOSMOS (Gas and Dust from the Stars to the Laboratory: Exploring the NANOCOSMOS), financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) con 15 millones de euros durante un período de seis años, dentro del programa Synergy Grant. La iniciativa intentará resolver cómo se forman las nanopartículas que constituyen los granos de polvo interestelar y cuáles son los procesos fundamentales que dan lugar a la complejidad química tanto en la Tierra como en el espacio.  

Ref.

P. Merino, M. Svec, J.I. Martinez, P. Jelinek, P. Lacovig, M. Dalmiglio, S. Lizzit, P. Soukiassian, J. Cernicharo y J.A. Martin-Gago. Graphene etching on SiC grains as a path to interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons Formation. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms4054.

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CSIC

Imagen: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Wikipedia)

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