Scoperte molecole organiche complesse in un giovanissimo sistema stellare

Molecole organiche complesse, mattoni della vita, sono state rilevate in un disco protoplanetario che circonda una giovane stella.

La scoperta, realizzata con ALMA ( Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), riconferma che le condizioni in cui hanno avuto origine la Terra e il Sole non sono uniche nell'Universo. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature del 9 aprile.

The comet-like composition of a protoplanetary disk as revealed by complex cyanides [abstract]

Observations of comets and asteroids show that the solar nebula that spawned our planetary system was rich in water and organic molecules. Bombardment brought these organics to the young Earth's surface. Unlike asteroids, comets preserve a nearly pristine record of the solar nebula composition. The presence of cyanides in comets, including 0.01 per cent of methyl cyanide (CH₃CN) with respect to water, is of special interest because of the importance of C-N bonds for abiotic amino acid synthesis. Comet-like compositions of simple and complex volatiles are found in protostars, and can readily be explained by a combination of gas-phase chemistry (to form, for example, HCN) and an active ice-phase chemistry on grain surfaces that advances complexity. Simple volatiles, including water and HCN, have been detected previously in solar nebula analogues, indicating that they survive disk formation or are re-formed in situ. It has hitherto been unclear whether the same holds for more complex organic molecules outside the solar nebula, given that recent observations show a marked change in the chemistry at the boundary between nascent envelopes and young disks due to accretion shocks. Here we report the detection of the complex cyanides CH₃CN and HC₃N (and HCN) in the protoplanetary disk around the young star MWC 480. We find that the abundance ratios of these nitrogen-bearing organics in the gas phase are similar to those in comets, which suggests an even higher relative abundance of complex cyanides in the disk ice. This implies that complex organics accompany simpler volatiles in protoplanetary disks, and that the rich organic chemistry of our solar nebula was not unique.

La osservazioni di ALMA hanno rivelato che il disco protoplanetario che circonda la giovane stella MWC 480, di appena un milione di anni (per confronto, il Sole ha più di quattro miliardi di anni), contiene grandi quantità di cianuro di metile ( CH3CN, detto anche etanonitrile), una molecola complessa a base di carbonio. Questa, insieme alla forma più semplice di acido cianidrico ( HCN), è stata identificata nelle fredde regioni esterne del disco, in una zona ritenuta dagli astronomi analoga alla nostra fascia di Kuiper, culla dei planetesimi ghiacciati e delle comete.

Le comete mantengono l'impronta incontaminata della chimica primitiva del Sistema Solare, risalente al periodo della formazione planetaria.
Si ritiene che esse, insieme agli asteroidi, siano responsabili di aver portato sulla giovane Terra acqua e molecole organiche, creando il terreno adatto per lo sviluppo della vita.

"Gli studi sulle comete e gli asteroidi mostrano che la nebulosa che ha dato origine al Sole e ai pianeti era ricca di acqua e composti organici complessi", ha detto Karin Öberg, astronoma all'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a Cambridge, Massachussetts, prima autrice dell'articolo. " Ora abbiamo la prova che la stessa chimica esiste altrove nell'Universo, nelle regioni che potrebbero formare sistemi planetari simili al nostro", ha aggiunto.

La scoperta è doppiamente intrigante perché le concentrazioni di molecole trovate in MWC 480 sono simili a quelle rilevate nelle comete del Sistema Solare.

La stella MWC 480, di massa pari a circa il doppio di quella del Sole, si trova a 455 anni luce dalla Terra, nella regione di formazione stellare del Toro. Il suo disco è alle primissime fasi di sviluppo ma, per ora, né ALMA né altri telescopi sono riusciti ad identificare tracce di formazione planetaria al suo interno. Tuttavia, ciò non esclude che, osservazioni ad una risoluzione maggiore, svelino strutture simili a quelle viste nel sistema HL Tauri di età analoga.

Questa immagine, composta a partire da immagini della DSS 2 (Digitized Sky Survey 2), mostra il cielo intorno alla giovane stella MWC 480 nella costellazione del Toro. Credit
: ESO/Digitized Sky Survey 2

Gli astronomi sanno da tempo che le nubi interstellari fredde e oscure sono fabbriche efficienti di molecole organiche complesse, tra cui un gruppo di molecole note come cianuri. I cianuri, in particolare il cianuro di metile, sono importanti perché contengono legami carbonio-azoto essenziali per la formazione degli aminoacidi, alla base delle proteine. Tuttavia, fino ad ora, non era chiaro se e come queste molecole organiche complesse si formano e sopravvivono ad un ambiente altamente energetico come quello di un sistema stellare in formazione, in cui gli urti e le radiazione possono facilmente rompere i legami chimici. ALMA, che è in grado di rivelare la debole radiazione nella banda millimetrica che viene emessa naturalmente dalle molecole nello spazio, ha potuto confermare che queste non solo sopravvivono ma prosperano!

Le osservazioni hanno anche mostrato che queste molecole sono molto più abbondanti di quelle trovate nelle nubi interstellari: secondo gli scienziati, intorno a MWC 480 c'è abbastanza cianuro di metile per riempire tutti gli oceani della Terra. Ciò indica che i dischi protoplanetari sono molto efficienti nel formare molecole organiche complesse e sono in grado di produrle in tempi relativamente brevi. La formazione rapida sarebbe proprio il loro punto di forza, quello che consentirebbe di fronteggiare le forze che tendono a rompere i legami molecolari. Inoltre, tale concentrazione è stata rilevata in una zona piuttosto tranquilla del disco, a circa 4,5 - 15 miliardi di chilometri dalla stella centrale che, rapportando la scala di MWC 480 a quella del nostro Sistema Solare, corrisponde più o meno alla fascia di Kuiper.

Dato che questo sistema stellare è solo agli arbori e continuerà ad evolversi, gli astronomi ipotizzano che probabilmente queste molecole organiche verranno conservate all'interno delle comete e di altri corpi ghiacciati, per essere poi traghettate nelle regioni più interne, in ambienti in grado di sostenere la vita.

"Dallo studio dei pianeti extrasolari sappiamo che il nostro Sistema Solare non è unico ad avere pianeti rocciosi ed abbondanza di acqua", ha concluso Öberg, "ed ora sappiamo che non siamo unici neppure per chimica organica. Ancora una volta abbiamo imparato che non siamo speciali. Dal punto di vista della vita nell'Universo questa è una grande notizia".

Articolo su Nature: -
http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1513/eso1513a.pdf

Riferimenti: - - -
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150408131422.htm
http://phys.org/news/2015-04-complex-molecules-infant-star.html
http://www.eso.org/public/italy/news/eso1513/