La nebulosa planetaria Eskimo (o Eschimese, nota anche come nebulosa Clown, o Ngc 2392). Crediti: Nasa, Esa, Andrew Fruchter (Stsci) ed Ero team (Stsci + St-Ecf).
Le nebulose planetarie sono nubi di gas ionizzato espulso da stelle di piccola massa giunte alla fine della loro vita. Nelle fasi immediatamente precedenti la formazione della nebulosa, durante il riversamento della massa stellare nello spazio, questi astri morenti possono emettere luce ultravioletta, radiazione che per lungo tempo gli astronomi hanno pensato potesse distruggere tutte le molecole scagliate nel mezzo interstellare dalle stelle stesse, riducendole in atomi. Negli ultimi anni, il rilevamento di molecole organiche nelle nebulose planetarie ha tuttavia dimostrato che non è così, e le osservazioni condotte da un gruppo di ricercatori guidati dall’Università dell’Arizona (Usa) lo confermano.
Un team di ricerca coordinato da Lucy Ziurys, professoressa di chimica e astronomia presso questa Università, ha trovato tracce di acido cianidrico (HCN), catione formile (HCO+) e monossido di carbonio (CO) in cinque nebulose planetarie: M2-48, M1-7, M3- 28, K3-45 e K3-58. I risultati della ricerca, descritti nel documento ALMA Imaging of Molecules in Planetary Nebulae, sono stati presentati ieri al 238mo meeting annuale dell’American Astronomical Society (Aas).
Rilevate nei dati ottenuti dal radiotelescopio Alma (Atacama Large Millimeter Array) dell’Osservatorio Europeo Meridionale (Eso), le firme di queste molecole supportano ulteriormente l’idea che le nebulose planetarie seminino il mezzo interstellare con molecole che fungono da ingredienti grezzi per la formazione di nuove stelle e pianeti. «Si credeva che le nubi molecolari, per dare origine a nuovi sistemi stellari, avrebbero dovuto iniziare a formare molecole a partire dagli atomi», sottolinea Ziurys. «Ma se il processo inizia già con le molecole, questo potrebbe accelerare drasticamente l’evoluzione chimica nei sistemi stellari nascenti».
Un gruppo di antenne di Alma durante l’osservazione del cielo notturno. Crediti: C. Padilla, Nrao/Aui/Nsf.
Le osservazioni radio condotte dalle antenne di Alma delle cinque nebulose, in precedenza osservate solo in luce visibile, rivelano anche altro. L’alta risoluzione di queste osservazioni – circa un secondo d’arco, che equivale a vedere una moneta da una distanza di appena quattro chilometri – ha prodotto sorprendenti immagini che mostrano chiaramente le complesse geometrie di queste nebulose: a forma bilobata, quadrilobata e a forma di archi. Ziurys e il suo team ritengono che queste forme siano il prodotto di alcuni processi coinvolti nella nucleosintesi, l’insieme delle reazioni nucleari che forgiano nuovi elementi chimici all’interno di una stella. «Le osservazioni ci dicono che in una stella morente – di forma sferica, fino alla sua fase evolutiva finale – avvengono alcune dinamiche molto interessanti che cambiano la sua forma quando essa passa attraverso lo stadio di nebulosa planetaria», spiega Ziurys.
Secondo i ricercatori, i responsabili di questa metamorfosi potrebbero essere i cosiddetti flash dell’elio, lampi che hanno origine in un guscio caldo e convettivo attorno al nucleo di una stella morente e che, lontano dal centro della stessa, potrebbero forgiare queste forme molto complesse, viste in alcune nebulose. «I flash potrebbero essere emessi attraverso i poli di una stella morente, dove potrebbero essere diretti dai campi magnetici», spiega Ziurys, «e potrebbero avere un effetto sulla forma della nebulosa che si formerà intorno a essa, distorcendone la sfericità».
La Twin jet nebula o M2-9, conosciuta anche col nome di Nebulosa Farfalla, è un classico esempio di nebulosa planetaria bipolare. Le emissioni radio osservate da Ziurys e dal suo team di ricerca hanno delineato le forme di alcune nebulose planetarie che in precedenza erano state osservate solo nel visibile. In alcuni casi, le firme molecolari hanno rivelato caratteristiche inedite. Crediti: Sa/Hubble e Nasa/Judy Schmidt.
«Per gli astronomi, il passaggio da una geometria sferica a queste geometrie multipolari è un enigma» continua la scienziata. «Le molecole che abbiamo osservato seguono molto bene le geometrie polari: crediamo che questo ci darà informazioni sulla forma delle nebulose planetarie».
Le molecole organiche sono protagoniste di un’altra ricerca condotta dal gruppo di Ziurys. Stavolta però le osservazioni riguardano la periferia della nostra galassia, la Via Lattea: la zona galattica abitabile (Ghz), una regione che comprende il Sistema solare, che si ritiene possieda le condizioni favorevoli per la formazione della vita e che si pensa si estenda a circa 32600 anni luce dal centro galattico. In questo caso, utilizzando la parabola da 12 metri del radiotelescopio di Kitt Peak dell’Arizona Radio Observatory (Aro), i ricercatori hanno scoperto la firma del metanolo negli spettri di emissione di 20 nubi molecolari osservate nel braccio del Cigno della Via Lattea.
Lilia Koelemay, dottoranda del gruppo di ricerca di Ziurys, ha presentato i risultati della ricerca allo stesso meeting Aas, nell’articolo dal titolo Organic Molecules at the Outer Reaches of the Galaxy. Secondo la ricercatrice, il rilevamento di queste molecole organiche al confine galattico implica che in queste regioni la formazione delle molecole organiche sia ancora prevalente, e dunque che la zona galattica abitabile possa estendersi molto più lontano dal centro galattico rispetto all’attuale confine stabilito.
La parabola di 12 metri dell’Arizona Radio Observatory nella sua cupola a Kitt Peak (Usa). Crediti: Thomas Folkers.
«Per lungo tempo gli scienziati si sono chiesti fin dove si spingesse la formazione di molecole organiche nella nostra galassia. Si è sempre pensato che non troppo lontano dal Sole non avremmo visto molte molecole organiche», osserva Koelemay. «Si riteneva infatti che alla periferia della nostra galassia non ci fossero le condizioni necessarie per formare tali sostanze organiche».
Questa conclusione era in parte basata sulla presunta carenza di molecole organiche osservate nelle zone più esterne della galassia. La nozione di zona abitabile galattica si basa infatti sull’idea che affinché esistano le condizioni in cui la vita possa evolversi, un sistema planetario non può essere né troppo vicino al centro galattico, dove vi è un’altissima densità di stelle e dunque un’intensa radiazione, né troppo lontano da esso, perché non ci sarebbero abbastanza elementi chimici indispensabili per la vita, come ossigeno, carbonio e azoto.
Recentemente i ricercatori hanno iniziato a cercare altre molecole oltre al metanolo, come il cianuro di metile, molecole organiche con strutture ad anello e altre molecole che contengono gruppi funzionali noti per essere elementi fondamentali per la costruzione delle biomolecole. La scoperta di questi composti nel mezzo interstellare ha suscitato molto interesse, poiché sono ritenuti candidati promettenti per l’emergere della vita. Quando queste molecole sono presenti nei sistemi planetari emergenti, possono condensarsi sulle superfici degli asteroidi ed essere consegnati sui pianeti nascenti, dove potrebbero potenzialmente avviare l’evoluzione della vita. «Stiamo trovando queste molecole alla periferia della galassia, a una distanza che non scende sotto i 10 kiloparsec dal Sistema solare, dove non si credeva vi fossero le condizioni affinché si verificasse la costruzione di molecole necessarie per la vita» conclude Ziurys. «Il fatto che siano lì espande le prospettive di formazione di pianeti abitabili ben oltre quella che è stata considerata la zona galattica abitabile, e questo è estremamente eccitante».
Per saperne di più:
- Guarda la presentazione “ALMA Imaging of Molecules in Planetary Nebulae” di L.M. Ziurys, D.R. Schmidt e H. Liszt
- Guarda la presentazione “Organic Molecules at the Outer Reaches of the Galaxy” di Jacob Bernal e Lucy Ziurys
Correzione del 10.06.2021: in una versione precedente di questo articolo l’acido cianidrico e il monossido di carbonio erano erroneamente inclusi fra le molecole organiche.