James Webb revela moléculas orgânicas extraordinárias em uma galáxia infravermelha ultraluminosa
Uma nova investigação liderada pelo Centro de Astrobiologia (CAB), CSIC-INTA, utilizando ferramentas de modelação desenvolvidas na Universidade de Oxford, descobriu uma concentração extraordinária de pequenas moléculas orgânicas nas profundezas do núcleo fortemente oculto de uma galáxia próxima. A descoberta foi possível graças a observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Publicado em Astronomia da Naturezaas descobertas lançam luz sobre como o carbono e as moléculas orgânicas complexas se comportam em alguns dos ambientes mais adversos do Universo.
A investigação centra-se na IRAS 07251-0248, uma galáxia infravermelha ultraluminosa cuja região central está enterrada sob espessas camadas de gás e poeira. Este material denso bloqueia a maior parte da radiação proveniente do buraco negro supermassivo no seu centro, tornando a região quase impossível de estudar com telescópios tradicionais. A luz infravermelha, no entanto, pode passar através da poeira, permitindo aos cientistas examinar a atividade química que ocorre dentro deste núcleo galáctico envolto.
Instrumentos JWST sondam núcleo galáctico empoeirado
Para investigar o centro oculto da galáxia, os pesquisadores usaram dados espectroscópicos do JWST abrangendo comprimentos de onda de 3 a 28 mícrons. Eles combinaram medições dos instrumentos NIRSpec e MIRI, que podem detectar impressões digitais químicas de moléculas em forma de gás, bem como sinais de gelo congelado e grãos de poeira. Com esta informação detalhada, a equipa mediu a abundância e a temperatura de muitos compostos químicos diferentes no núcleo da galáxia.
Os dados revelaram uma coleção notavelmente diversificada de pequenas moléculas orgânicas. Entre eles estavam o benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2) e triacetileno (C6H2). Os pesquisadores também identificaram o radical metila (CH3), marcando a primeira vez que esta molécula foi detectada além da Via Láctea. Além de compostos gasosos, a equipe encontrou grandes quantidades de materiais sólidos, incluindo grãos ricos em carbono e sorvetes de água.
“Encontramos uma complexidade química inesperada, com abundâncias muito superiores às previstas pelos modelos teóricos atuais”, explica o autor principal, Dr. Ismael García Bernete, ex-integrante da Universidade de Oxford e agora pesquisador do CAB. “Isto indica que deve haver uma fonte contínua de carbono nestes núcleos galácticos alimentando esta rica rede química.”
Esses pequenos compostos orgânicos são considerados ingredientes essenciais em processos químicos mais avançados. Embora não sejam componentes de células vivas, podem representar etapas iniciais na cadeia de reações que eventualmente produzem aminoácidos e nucleotídeos. A co-autora Professora Dimitra Rigopoulou (Departamento de Física da Universidade de Oxford) acrescenta: “Embora pequenas moléculas orgânicas não sejam encontradas em células vivas, elas podem desempenhar um papel vital na química prebiótica, representando um passo importante para a formação de aminoácidos e nucleotídeos.”
Os raios cósmicos podem impulsionar a formação de moléculas orgânicas
Usando métodos analíticos e modelos teóricos de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) desenvolvidos pela equipe de Oxford, os pesquisadores determinaram que as altas temperaturas e os gases turbulentos por si só não podem explicar a riqueza química observada. Em vez disso, as evidências apontam para os raios cósmicos como um factor-chave. Estas partículas de alta energia parecem quebrar os PAHs e os grãos de poeira ricos em carbono, libertando moléculas orgânicas mais pequenas no gás circundante.
O estudo também identificou uma forte relação entre a quantidade de hidrocarbonetos presentes e a intensidade da ionização dos raios cósmicos em galáxias comparáveis. Esta ligação reforça a ideia de que os raios cósmicos desempenham um papel central na produção destas moléculas. Núcleos galácticos profundamente enterrados podem, portanto, funcionar como fábricas químicas em grande escala, influenciando a forma como as galáxias evoluem quimicamente ao longo do tempo.
No geral, as descobertas abrem novas oportunidades para estudar como as moléculas orgânicas se formam e se transformam em ambientes espaciais extremos. Eles também destacam a capacidade do JWST de descobrir regiões do Universo que antes estavam ocultas da vista.
In addition to CAB, the following institutions also contributed to this work: Instituto de Física Fundamental (CSIC; M. Pereira-Santaella, M. Agúndez, G. Speranza), University of Alcalá (E. González-Alfonso) and University of Oxford (D. Rigopoulou, FR Donnan, N. Thatte).
Projeto financiado através do Programa de Atração de Talentos de Investigação “César Nombela” (bolsa 2023-T1/TEC-29030) pela Comunidade de Madrid e INTA.
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