Um novo estudo liderado pelo Centro de Astrobiologia (CAB), CSIC-INTA, utilizando ferramentas de modelagem desenvolvidas na Universidade de Oxford, descobriu concentrações incomuns de pequenas moléculas orgânicas nas profundezas dos núcleos altamente ocultos de galáxias próximas. A descoberta foi possível através de observações com o Telescópio Espacial James Webb (JWST). Postado em astronomia naturalestas descobertas revelam como o carbono e as moléculas orgânicas complexas se comportam em alguns dos ambientes mais adversos do Universo.
O estudo centra-se na IRAS 07251-0248, uma galáxia infravermelha ultrabrilhante cuja região central está enterrada sob uma espessa camada de gás e poeira. Este material denso bloqueia a maior parte da radiação do buraco negro supermassivo no seu centro, tornando a região quase impossível de estudar com telescópios convencionais. No entanto, a luz infravermelha pode passar através da poeira, permitindo aos cientistas examinar a atividade química que ocorre dentro do núcleo desta galáxia envolta.
Instrumento JWST detecta núcleo galáctico empoeirado
Para investigar o centro oculto da galáxia, os pesquisadores usaram dados espectrais do JWST na faixa de comprimento de onda de 3 a 28 mícrons. Eles combinaram medições dos instrumentos NIRSpec e MIRI, que detectam as impressões digitais químicas das moléculas de gás, bem como sinais de partículas de gelo e poeira. Com esta informação detalhada, a equipa mediu a abundância e a temperatura de muitos compostos diferentes no núcleo da galáxia.
Os dados revelaram uma coleção extremamente diversificada de pequenas moléculas orgânicas. Entre eles o benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2) e triacetileno (C6H2). Os pesquisadores também identificaram radicais metila (CH3), marcando a primeira detecção desta molécula fora da Via Láctea. Além de compostos gasosos, a equipe também encontrou grandes quantidades de material sólido, incluindo partículas ricas em carbono e gelo de água.
“Descobrimos uma complexidade química inesperada cuja abundância é muito maior do que o previsto pelos modelos teóricos atuais”, explica o autor principal, Dr. Ismael García Bernete, ex-integrante da Universidade de Oxford e agora pesquisador do CAB. “Isto sugere que deve existir uma fonte contínua de carbono nos núcleos destas galáxias para alimentar esta rica rede química.”
Esses pequenos compostos orgânicos são considerados ingredientes importantes em processos químicos mais avançados. Embora não sejam componentes de células vivas, podem representar etapas iniciais na cadeia de reações que, em última análise, produzem aminoácidos e nucleotídeos. A coautora, Professora Dimitra Rigopoulou (Departamento de Física da Universidade de Oxford), acrescentou: “Embora pequenas moléculas orgânicas não sejam encontradas em células vivas, elas poderiam ter desempenhado um papel vital na química prebiótica, representando um passo importante na 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 da Universidade 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 sugerem que os raios cósmicos são um fator chave. Estas partículas de alta energia parecem quebrar hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e partículas de poeira ricas em carbono, libertando moléculas orgânicas mais pequenas no gás circundante.
O estudo também encontrou uma forte relação entre a quantidade de hidrocarbonetos e a intensidade da ionização dos raios cósmicos em galáxias comparáveis. Esta ligação reforça a ideia de que os raios cósmicos desempenharam um papel central na produção destas moléculas. Portanto, núcleos galácticos profundamente enterrados podem atuar como grandes fábricas químicas, influenciando a evolução química das galáxias ao longo do tempo.
No geral, estas descobertas oferecem 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.
Além do CAB, contribuíram para este trabalho as seguintes instituições: Instituto de Física Fundamental (CSIC; M. Pereira-Santaella, M. Agúndez, G. Speranza), Universidade de Alcalá (E. González-Alfonso) e Universidade de Oxford (D. Rigopoulou, FR Donnan, N. Thatte).
Este projeto é financiado pelo Programa de Atração de Talentos de Investigação “César Nombela” da Comunidade de Madrid e do INTA (bolsa 2023-T1/TEC-29030).
