Metanol totalmente deuterado é detectado no espaço pela primeira vez

O que torna este metanol pesado

O metanol, CH₃OH, é o álcool mais simples: um átomo de carbono com três átomos de hidrogênio, ligado a um átomo de oxigênio que carrega o quarto. O deutério é um hidrogênio que tem no núcleo, além do próton, um nêutron; por isso pesa o dobro, mas forma as mesmas moléculas. As versões de uma molécula que só diferem nos isótopos se chamam isotopólogos.

Já se conheciam quatro formas parcialmente deuteradas do metanol, com um, dois ou três átomos de deutério (um único deutério pode ficar no carbono ou no oxigênio). Estudos anteriores tinham encontrado apenas indícios incertos da forma totalmente deuterada. Agora, uma equipe liderada por Arnaud Belloche, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, relata a primeira detecção segura do CD₃OD, a primeira molécula interestelar encontrada com quatro átomos de deutério.

A surpresa está na quantidade. Na nossa Galáxia há apenas cerca de 1,6 átomo de deutério para cada 100.000 átomos de hidrogênio. Se o deutério se distribuísse ao acaso, haveria menos de uma molécula totalmente deuterada para cada dez bilhões de bilhões de moléculas de metanol comum. Em torno de IRAS 4A2, a equipe mediu cerca de quatro moléculas de CD₃OD para cada 10.000.

Como o ALMA reconhece uma molécula que não consegue ver

As moléculas de um gás morno giram, mas só em certas velocidades fixas. Cada vez que uma molécula passa a girar mais devagar, ela emite uma onda de rádio numa frequência exata. Átomos mais pesados mudam o modo como a molécula gira, e assim cada isotopólogo tem seu próprio conjunto de frequências — uma impressão digital que antes precisa ser medida em laboratório. No caso do CD₃OD, esse trabalho foi publicado em 2023.

As observações vêm do COMPASS, um grande programa do ALMA que examinou 11 protoestrelas jovens parecidas com o Sol — estrelas que ainda estão se formando — em frequências de 279,0 a 311,7 GHz (comprimentos de onda de cerca de um milímetro). O ALMA enxerga os detalhes até cerca de 100 unidades astronômicas de distância de cada protoestrela (100 vezes a distância entre a Terra e o Sol), uma região do tamanho de um sistema planetário. Na direção de IRAS 4A2, dez linhas espectrais do CD₃OD apareceram intensas e sem sobreposição significativa com linhas de outras moléculas, o que torna a identificação segura.

Um segundo estudo do COMPASS encontrou, em 7 das 11 protoestrelas, uma linha do metanol em 302,9 GHz amplificada pelo próprio gás, como a luz num laser: um maser. Seis delas estão no estágio mais inicial, chamado classe 0; na sétima, o maser provavelmente se deve ao fluxo de gás expelido por uma vizinha de maior massa.

Por que essa química importa para planetas e cometas

O metanol se forma nas camadas de gelo que cobrem os grãos de poeira: átomos de hidrogênio se prendem, um a um, ao monóxido de carbono congelado, na fase fria que antecede o nascimento da protoestrela. Em temperaturas tão baixas, a massa extra do deutério favorece algumas reações, e as moléculas ficam muito mais ricas em deutério do que a abundância cósmica dele faria esperar. O teor de deutério do metanol guarda, assim, o registro de como o gelo se formou. Quando a estrela jovem aquece os arredores, o gelo vira gás — que em IRAS 4A2 está a cerca de 200 kelvins (−73 °C) — e o ALMA consegue medir o metanol nesse gás.

Os modelos dessa química não explicam o que se observa: para as formas com dois ou três átomos de deutério, preveem quantidades de dez a cem vezes menores do que as observadas, e o CD₃OD aumenta ainda mais essa diferença. Os autores sugerem que falta aos modelos um ingrediente essencial.

Os cometas ligam essa química ao nosso Sistema Solar. Quando observações do ALMA de outro sistema jovem, IRAS 16293-2422, foram comparadas com as medições da sonda Rosetta no cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, as quantidades relativas de muitas moléculas se mostraram correlacionadas, com alguma dispersão. Isso sugere que parte do gelo dos cometas e de outros blocos de construção dos planetas é herdada da fase em que IRAS 4A2 se encontra hoje.

Onde olhar e o que dá para ver

IRAS 4A2 fica no lado sul de NGC 1333, um aglomerado de estrelas jovens em Perseu envolto numa nebulosa de reflexão — poeira iluminada por estrelas próximas. Sua posição é ascensão reta 3 h 29 min, declinação +31° 14′, e a distância é de cerca de 950 anos-luz (290 parsecs). Em meados de novembro, o aglomerado fica em oposição ao Sol e atinge a maior altura no meio da noite; de dezembro a fevereiro, ele fica bem posicionado no céu no início da noite. Ao sul da latitude de cerca de 59° S, ele nunca aparece acima do horizonte; em São Paulo (23,5° S), culmina a cerca de 35° acima do horizonte norte.

A protoestrela é invisível em telescópios amadores, porque está mergulhada no gás e na poeira de que está se formando; seu metanol só aparece em espectros de ondas milimétricas. Ao que parece, não foi publicado nenhum valor confiável do brilho visual da nebulosa ao redor.