Metanol completamente deuterado, detectado por primera vez en el espacio

Qué hace pesado a este metanol

El metanol, CH₃OH, es el alcohol más sencillo: un átomo de carbono con tres átomos de hidrógeno, unido a un átomo de oxígeno que lleva el cuarto. El deuterio es un hidrógeno cuyo núcleo tiene, además del protón, un neutrón; por eso tiene el doble de masa, pero forma las mismas moléculas. Las variantes de una molécula que solo se diferencian en sus isótopos se llaman isotopólogos.

Ya se conocían cuatro formas del metanol parcialmente deuteradas, con uno, dos o tres átomos de deuterio (cuando hay uno solo, puede ir en el carbono o en el oxígeno). Los estudios anteriores solo habían hallado indicios no concluyentes de la forma completamente deuterada. Un equipo dirigido por Arnaud Belloche, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, presenta ahora la primera detección segura del CD₃OD, que es también la primera molécula interestelar con cuatro átomos de deuterio.

Lo sorprendente es su abundancia. En la Vía Láctea hay solo unos 1,6 átomos de deuterio por cada 100.000 de hidrógeno. Si el deuterio se repartiera al azar, habría menos de una molécula completamente deuterada por cada 10¹⁹ moléculas de metanol ordinario (un 1 seguido de diecinueve ceros). En torno a IRAS 4A2, el equipo midió unas cuatro moléculas de CD₃OD por cada 10.000 de metanol ordinario.

Cómo reconoce ALMA una molécula que no puede ver

En un gas caliente, las moléculas giran, pero solo a ciertas velocidades fijas. Cada vez que una molécula pasa a girar más despacio, emite una onda de radio de una frecuencia exacta. Los átomos más pesados cambian la manera en que gira la molécula, así que cada isotopólogo tiene su propio conjunto de frecuencias, una huella que primero hay que medir en el laboratorio. En el caso del CD₃OD, ese trabajo se publicó en 2023.

Las observaciones proceden de COMPASS, un gran programa de ALMA que estudió 11 protoestrellas jóvenes de tipo solar —estrellas que aún se están formando— en frecuencias de 279,0 a 311,7 GHz (longitudes de onda de alrededor de un milímetro). ALMA distingue detalles en un radio de unas 100 unidades astronómicas alrededor de cada protoestrella (100 veces la distancia entre la Tierra y el Sol), una región del tamaño de un sistema planetario. En dirección a IRAS 4A2, diez líneas espectrales del CD₃OD eran intensas y apenas se mezclaban con las de otras moléculas, de modo que la identificación es segura.

Un segundo estudio de COMPASS encontró en 7 de las 11 protoestrellas una línea del metanol a 302,9 GHz amplificada por el propio gas, como la luz en un láser: un máser. Seis de ellas están en la etapa más temprana, llamada clase 0; en la séptima, el máser se debe probablemente al flujo de salida de una protoestrella vecina de mayor masa.

Por qué es importante esta química para los planetas y los cometas

El metanol se forma en las capas de hielo que recubren los granos de polvo: en la etapa fría anterior a la protoestrella, los átomos de hidrógeno se unen uno a uno al monóxido de carbono congelado. A temperaturas tan bajas, la mayor masa del deuterio favorece algunas reacciones que lo incorporan, y las moléculas acaban mucho más ricas en deuterio de lo que correspondería a su abundancia cósmica. Por eso, el contenido de deuterio del metanol conserva el rastro de cómo se formó el hielo. Cuando la estrella joven calienta su entorno, el hielo pasa a gas, que en IRAS 4A2 está a unos 200 kelvin (−73 °C), y entonces ALMA puede medir el metanol.

Los modelos de esta química se quedan cortos: para las formas con dos o tres átomos de deuterio predicen cantidades entre diez y cien veces menores que las observadas, y en el caso del CD₃OD la diferencia es aún mayor. Los autores sugieren que a los modelos les falta un ingrediente clave.

Los cometas enlazan esta química con nuestro sistema solar. Cuando se compararon las observaciones de ALMA de otro sistema joven, IRAS 16293-2422, con las mediciones de la sonda Rosetta en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, se vio que las cantidades relativas de muchas moléculas estaban correlacionadas, aunque con cierta dispersión. Eso sugiere que parte del hielo de los cometas y de otros materiales con los que se forman los planetas es herencia de la etapa en la que hoy se encuentra IRAS 4A2.

Dónde mirar y qué se puede ver

IRAS 4A2 está en el lado sur de NGC 1333, un cúmulo de estrellas jóvenes de la constelación de Perseo envuelto en una nebulosa de reflexión: polvo iluminado por estrellas cercanas. La protoestrella se encuentra en ascensión recta 3 h 29 min y declinación +31° 14′, a unos 950 años luz (290 pársecs). A mediados de noviembre, el cúmulo está en la zona del cielo opuesta al Sol y alcanza su mayor altura a mitad de la noche; de diciembre a febrero está bien situado en las primeras horas de la noche. Más al sur de unos 59° S no llega a salir nunca, y desde los 35° S de latitud no pasa de unos 24° sobre el horizonte norte.

La protoestrella no se ve con telescopios de aficionado: está oculta en el gas y el polvo a partir de los cuales se forma, y su metanol solo aparece en los espectros de ondas milimétricas. No parece haberse publicado ninguna medida fiable del brillo visual de la nebulosa que la rodea.