Confirmación de la existencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos en nubes interestelares.

Investigadores de la Universidad de Georgia (EE.UU.) dirigidos por Michael Duncan han identificado por primera vez uno de los compuestos responsables de la radiación de las nubes interestelares conocida como Bandas Infrarrojas No Identificadas (UIR, por sus siglas en Inglés). Según publican en el Astrophysical Journal [1], dicho compuesto es una versión protonada de naftaleno (el principal componente de la naftalina) en estado gaseoso. Este descubrimiento confirma la teoría de que las UIB son emitidas por hidrocarburos aromáticos policíclicos, lo que indica que en el espacio interestellar pueden encontrarse compuestos químicos extremadamente complejos.

El descubrimiento de una característica emisión infrarroja inesperada proveniente de dos nebulosas planetarias por Gillet, Forrest y Merrill en 1973 [2] marcó el comienzo de un excitante capítulo de la astrofísica moderna. Gillet et al. ya demostraron que esta banda estaba asociada con polvo interestelar y que su identificación podría proporcionar una mejor comprensión de la formación del polvo y la evolución de las últimas etapas del ciclo vital de las estrellas.

Este espectro, llamado UIR, por no conocerse la composición de la nube que las emite, se observa principalmente, aunque no únicamente, en regiones con polvo interestelar expuesto a intensa radiación ultravioleta. Comprender la fuente de este inesperado y extendido fenómeno se ha convertido en un importante problema en astrofísica. La respuesta al mismo que está ganando aceptación, y que el descubrimiento del equipo de Duncan viene a reforzar, es que estas bandas son emitidas por hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en fase gaseosa.

La hipótesis de los HAP se basa en las observaciones realizadas: estabilidad de la radiación, presencia confirmada de hidrógeno y carbono en las nubes de polvo interestelar y que se trata de una radiación no térmica, es decir, no es la que emite un sólido caliente, sino que se trata de fluorescencia por absorción de fotones ultravioletas por parte de moléculas en fase gaseosa. Los HAP pueden satisfacer todas estas características.

El naftaleno es un HAP. Efectivamente, es un hidrocarburo, es decir, está constituido sólo por hidrógeno y carbono (su fórmula es C₁₀H₈), aromático porque contiene al menos un anillo aromático (ver imagen) y policíclico, porque contiene más de uno de estos anillos, en concreto dos. Mucha gente conoce este compuesto en su forma terráquea de sólido cristalino blanco, usado como repelente de polillas (naftalina). El espectro de esta forma de naftaleno no coincide con el de las UIR.

En las condiciones interestelares cabe esperar que el naftaleno no esté en forma sólida, sino gaseosa ya que, si bien la temperatura es muy baja, la densidad también lo es, por lo que lo razonable es que exista como moléculas aisladas, que esté en estado gaseoso. No sólo eso, debido a la abundancia de hidrógeno y a la ausencia de otras interacciones cabe pensar que una forma protonada del naftaleno, es decir, con un hidrógeno de más menos un electrón (C₁₀H₉⁺ ), puede ser estable. Esta es la hipótesis que quería probar el equipo de investigadores.

Para comprobar que uno de los compuestos responsables de la emisión era naftaleno protonado primero tuvieron que crearlo en el laboratorio, en condiciones cercanas al cero absoluto (las del espacio), para después gasificarlo usando un láser. El espectro de este gas es el que se ha analizado. Este espectro coincide claramente con una parte de las UIR.

El espectro del naftaleno protonado no explica todo el espectro de UIR pero las características del mismo sugieren que una mezcla de PAH podría hacerlo, poniendo fin a lo que ha sido un misterio durante más de 30 años y abriendo un mundo de posibilidades para las complejas moléculas que podemos llegar a encontrar en el espacio interestelar.

Nota: El naftaleno, una de las moléculas más complejas detectadas en el espacio, también fue noticia el año pasado cuando un equipo del Instituto de Astrofísica de Canarias confirmó su detección en una nube de gas y polvo en la constelación Perseo. Más información aquí.

Referencias:

[1]

Ricks, A., Douberly, G., & Duncan, M. (2009). THE INFRARED SPECTRUM OF PROTONATED NAPHTHALENE AND ITS RELEVANCE FOR THE UNIDENTIFIED INFRARED BANDS The Astrophysical Journal, 702 (1), 301-306 DOI: 10.1088/0004-637X/702/1/301

[2]

Gillett, F., Forrest, W., & Merrill, K. (1973). 8-13 micron spectra of NGC 7027, BD +30 3639 and NGC 6572. The Astrophysical Journal, 183 DOI: 10.1086/152211