Scoperte molecole di pirene in una nube nello spazio

Roma – In una lontana nube interstellare risiede un’abbondanza di pirene, un tipo di grande molecola contenente carbonio, nota come idrocarburo policiclico aromatico, o IPA. La scoperta, riportata su Science, si deve a un gruppo di ricerca guidato dal MIT. La scoperta del pirene in questa nube lontana, che è simile alla raccolta di polvere e gas che alla fine è diventata il sistema solare terrestre, suggerisce che il pirene potrebbe essere stato la fonte di gran parte del carbonio nel sistema solare della Terra. Questa ipotesi è anche supportata da un recente rinvenimento di grandi quantità di pirene nei campioni restituiti dall’asteroide vicino alla Terra Ryugu. “Una delle grandi domande sulla formazione di stelle e pianeti è capire quanta parte dell’inventario chimico di quella nube molecolare primordiale sia stata ereditata e formi i componenti di base del sistema solare”, ha detto Brett McGuire, professore associato di chimica al MIT. “Ciò che stiamo osservando è l’inizio e la fine, e mostrano la stessa cosa”, ha continuato McGuire. “Questa è una prova piuttosto forte che questo materiale della nube molecolare primordiale trova la sua strada nel ghiaccio, nella polvere e nei corpi rocciosi che compongono il nostro sistema solare”, ha affermato McGuire.  A causa della sua simmetria, il pirene stesso è invisibile alle tecniche di radioastronomia che sono state utilizzate per rilevare circa il 95 percento delle molecole nello spazio. Invece, i ricercatori hanno rilevato un isomero del cianopirene, una versione del pirene che ha reagito con il cianuro per romperne la simmetria. La molecola è stata rilevata in una nube distante, nota come TMC-1, utilizzando il Green Bank Telescope, GBT, da 100 metri, un radiotelescopio presso il Green Bank Observatory in West Virginia. Si ritiene che gli IPA, che contengono anelli di atomi di carbonio fusi insieme, immagazzinino dal 10% al 25% del carbonio presente nello spazio. Più di quaranta anni fa, gli scienziati che utilizzavano telescopi a infrarossi hanno iniziato a rilevare caratteristiche che sono state ricondotte alle modalità vibrazionali degli IPA nello spazio, ma questa tecnica non è riuscita a rivelare esattamente quali tipi di IPA vi fossero al di fuori. “Da quando è stata sviluppata l’ipotesi degli IPA negli anni Ottanta, molte persone hanno accettato che gli IPA siano nello spazio; questi sono stati trovati in meteoriti, comete e campioni di asteroidi, ma non possiamo realmente utilizzare la spettroscopia infrarossa per identificare in modo univoco i singoli IPA nello spazio”, ha dichiarato Gabi Wenzel, postdoc del MIT nel gruppo di McGuire, è autore principale dello studio. Nel 2018, un gruppo di scienziati guidato da McGuire ha segnalato la scoperta del benzonitrile, un anello a sei atomi di carbonio attaccato a un gruppo nitrile, carbonio-azoto, nel TMC-1. Per fare questa scoperta, hanno utilizzato il GBT, che può rilevare le molecole nello spazio tramite i loro spettri rotazionali, distintivi modelli di luce che le molecole emettono mentre rotolano nello spazio. Nel 2021, la sua squadra di scienziati ha rilevato i primi IPA individuali nello spazio: due isomeri di cianonaftalene, che consistono in due anelli fusi insieme, con un gruppo nitrile attaccato a un anello. Sulla Terra, gli IPA si presentano comunemente come sottoprodotti della combustione di combustibili fossili e si trovano anche nei segni di carbonizzazione del cibo grigliato. La loro scoperta nel TMC-1, che è di soli 10 kelvin circa, ha suggerito che potrebbe anche essere possibile che si formino a temperature molto basse. Il fatto che gli IPA siano stati trovati anche in meteoriti, asteroidi e comete ha portato molti scienziati a ipotizzare che gli IPA siano la fonte di gran parte del carbonio che ha formato il sistema solare terrestre. Nel 2023, i ricercatori in Giappone hanno trovato grandi quantità di pirene in campioni riportati dall’asteroide Ryugu, durante la missione Hayabusa2, insieme ad IPA più piccoli tra cui il naftalene. Questa scoperta ha spinto McGuire e i suoi colleghi a cercare il pirene nel TMC-1. Il pirene, che contiene quattro anelli, è più grande di tutti gli altri IPA rilevati nello spazio. Infatti, è la terza molecola più grande identificata nello spazio e la più grande mai rilevata usando la radioastronomia. Prima di cercare queste molecole nello spazio, i ricercatori hanno dovuto sintetizzare il cianopirene in laboratorio. Il gruppo ciano o nitrile è necessario affinché la molecola emetta un segnale che un radiotelescopio possa rilevare. La sintesi è stata eseguita da Shuo Zhang, postdoc del MIT, nel gruppo di Alison Wendlandt, professore associato di chimica del MIT. Successivamente, i ricercatori hanno analizzato i segnali emessi dalle molecole in laboratorio, che sono esattamente gli stessi segnali che emettono nello spazio. Utilizzando il GBT, i ricercatori hanno trovato queste firme in tutto il TMC-1. Gli scienziati hanno anche scoperto che il cianopirene rappresenta circa lo 0,1 percento di tutto il carbonio trovato nella nube. “Potrebbe sembrare poco ma è una quantità significativa se si considerano le migliaia di diversi tipi di molecole contenenti carbonio che esistono nello spazio”, ha sottolineato McGuire. “Sebbene lo 0,1% non sembri un numero elevato, la maggior parte del carbonio è intrappolata nel monossido di carbonio, CO, la seconda molecola più abbondante nell’universo dopo l’idrogeno. Se mettiamo da parte la CO, uno su poche centinaia di atomi di carbonio rimanenti è nel pirene. “Immagina le migliaia di molecole diverse che ci sono là fuori, quasi tutte con molti atomi di carbonio diversi al loro interno, e una su poche centinaia è nel pirene”, ha evidenziato McGuire. “Questa è un’abbondanza assolutamente massiccia: un pozzo di carbonio quasi incredibile”, ha aggiunto McGuire. “È un’isola interstellare di stabilità”, ha commentato McGuire. “La scoperta è inaspettata ed entusiasmante”, ha osservato Ewine van Dishoeck, professore di astrofisica molecolare presso l’Osservatorio di Leida nei Paesi Bassi. “Si basa sulle loro precedenti scoperte di molecole più piccole, ma fare ora il salto alla famiglia del pirene è un passo enorme”, ha proseguito van Dishoeck. “Non solo dimostra che una frazione significativa di carbonio è bloccata in queste molecole, ma indica anche percorsi di formazione di aromatici diversi da quelli considerati finora”, ha notato van Dishoeck, che non è stato coinvolto nella ricerca. Le nubi interstellari, come TMC-1, potrebbero alla fine dare origine a stelle, poiché grumi di polvere e gas si fondono in corpi più grandi e iniziano a riscaldarsi. Pianeti, asteroidi e comete nascono da parte del gas e della polvere che circondano le stelle giovani. Gli scienziati non possono guardare indietro nel tempo alla nube interstellare che ha dato origine al sistema solare terrestre, ma la scoperta del pirene in TMC-1, insieme alla presenza di grandi quantità di pirene nell’asteroide Ryugu, suggerisce che il pirene potrebbe essere stato la fonte di gran parte del carbonio nel nostro sistema solare. “Ora abbiamo, oserei dire, la prova più forte di sempre di questa eredità molecolare diretta dalla nube fredda fino alle rocce vere e proprie del sistema solare”, ha concluso McGuire. I ricercatori ora hanno in programma di cercare molecole di PAH ancora più grandi in TMC-1 e sperano di poter dirimere la questione sulla formazione del pirene trovato in TMC-1, scoprendo se questo si è formato all’interno della nube fredda o se è arrivato da qualche altra parte dell’universo, forse dai processi di combustione ad alta energia che circondano le stelle morenti. (30Science.com)