Il telescopio spaziale Herschel (2009-2013) ha osservato il cielo nell’infrarosso, permettendoci di ottenere un affascinante sguardo sulle prime fasi di vita delle stelle. Crediti: ESA
La vita, almeno quella che conosciamo noi, esiste in un’infinità di forme. Eppure, andando a ridurre ogni organismo vivente nelle sue più piccole parti, è sempre la stessa storia: atomi di carbonio collegati ad atomi di idrogeno, ossigeno, azoto e altri elementi. Come facciano a formarsi queste strutture di base è un mistero che ancora non ha trovato una risposta chiara.
Oggi, grazie ai dati raccolti dal telescopio spaziale Herschel dell’ESA, gli astronomi sanno qualcosa di più circa la nascita delle molecole fondamentali per la vita. Uno studio recente ha mostrato che la luce ultravioletta proveniente dalle stelle svolge un ruolo cruciale nella formazione di queste molecole base, e questa è una novità, perché il paradigma precedentemente più accreditato indicava gli shock all’interno delle nubi come principali responsabili.
Le polveri presenti nella nebulosa di Orione sono particolarmente luminose in questa immagine infrarossa raccolta dal telescopio spaziale Hubble dell’ESA. Nell’inserto, si evidenzia in giallo l’emissione proveniente da atomi di carbonio ionizzati (C+). Crediti: ESA/NASA/JPL-Caltech
Un team internazionale di scienziati ha studiato gli ingredienti chimici presenti nella nebulosa di Orione, la regione di formazione stellare più vicina alla Terra, ottenendo una mappa dettagliata di quantità, temperatura e moto di alcune molecole formate da carbonio e idrogeno (CH e CH+) e dello ione C+.
«Sulla Terra il Sole è la forza trainante per quasi ogni forma di vita», dice Patrick Morris, ricercatore presso il Caltech e primo autore dell’articolo. «Ora scopriamo che la luce delle stelle è responsabile anche della formazione di sostanze chimiche di cui abbiamo bisogno per far sì che la vita abbia inizio».
Negli anni ‘40 CH e CH+ sono state due tra le prime molecole scoperte all’interno delle nubi molecolari diffuse della nostra Galassia. Esaminando il gas e le polveri presenti nella nube di Orione, gli scienziati hanno scoperto con stupore che la molecola di CH+ emette luce anziché assorbirla, e questo significa che è più calda rispetto al gas che la circonda. Il CH+ ha bisogno di un sacco di energia per formarsi ed è una molecola estremamente reattiva, quindi tende a distruggersi quando interagisce con l’ambiente circostante. Il fatto di aver osservato questa molecola a una temperatura molto alta e in grandi quantità è dunque strano.
Molti studi hanno cercato di comprendere le ragioni di questa inaspettata abbondanza di CH+, ma senza successo, perché le osservazioni disponibili erano limitate a poche stelle. Il telescopio spaziale Herschel studia un intervallo dello spettro elettromagnetico fino ad ora inesplorato, quello del lontano infrarosso. Grazie a questo nuovo sguardo è stato possibile sondare per la prima volta l’intera nebulosa.
Una delle teorie più solide sull’origine degli idrocarburi di base è che si siano formati all’interno delle nubi, a partire da eventi turbolenti come supernovae o emissioni intense da parte di stelle giovani. Le turbolenze che si creano nelle nubi di gas possono generare urti, e questi urti possono innescare a loro volta vibrazioni nel materiale che incontrano lungo il proprio cammino. Queste vibrazioni sono in grado di estrarre gli elettroni dagli atomi, ionizzandoli. Lo studio, però, non ha trovato alcuna correlazione tra le regioni turbolente e l’abbondanza di CH+.
I dati raccolti da Herschel mostrano che le molecole di CH+ probabilmente si sono formate grazie all’intensa emissione in banda ultravioletta delle stelle più giovani della nube. Quando una molecola assorbe un fotone aumenta la propria energia ed è in grado di reagire più facilmente con altre particelle.
Nel caso della nebulosa di Orione, sappiamo da tempo che contiene molto idrogeno gassoso. Quando la luce ultravioletta colpisce questo gas, si creano le condizioni favorevoli alla formazione degli idrocarburi, perché il carbonio comincia a reagire con l’idrogeno molecolare creando una molecola di CH+. In un secondo momento il CH+ cattura un elettrone e forma una molecola di CH.
«Questo è il punto di partenza della chimica del carbonio», spiega John Pearson, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA e co-autore dello studio. «Se vogliamo ottenere qualcosa di più complicato, dobbiamo per forza passare da questo passaggio».
Gli scienziati hanno messo insieme i dati di Herschel e cercato di formulare una ricostruzione teorica che permettesse di spiegare le osservazioni, e hanno scoperto che la luce ultravioletta è la migliore spiegazione per la formazione di idrocarburi nella nebulosa di Orione.
Questo risultato ha numerose implicazioni, soprattutto per quanto riguarda la formazione di idrocarburi nella nostra e in altre galassie. Il fatto che all’interno delle galassie fosse possibile avere urti e turbolenze era noto, ma ora sappiamo che anche nelle regioni in cui è presente la radiazione ultravioletta possiamo avere la creazione di molecole fondamentali da cui ha origine la vita.
«È ancora un mistero come alcune molecole si formino nelle regioni centrali delle galassie», conclude Pearson. «Il nostro studio indica che anche in quelle zone, la luce ultravioletta delle stelle più massicce potrebbe giocare un ruolo importante».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Herschel/HIFI Spectral Mapping of C+, CH+, and CH in Orion BN/KL: The Prevailing Role of Ultraviolet Irradiation in CH+ Formation” di Patrick W. Morris, Harshal Gupta, Zsofia Nagy, John C. Pearson, Volker Ossenkopf-Okada, Edith Falgarone, Dariusz C. Lis, Maryvonne Gerin, Gary Melnick, David A. Neufeld e Edwin A. Bergin