Un team internazionale di astronomi, utilizzando il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA, ha scoperto una varietà di molecole, che vanno da quelle relativamente semplici come il metano a composti complessi come l'acido acetico e l'etanolo, nelle protostelle in fase iniziale dove i pianeti non si sono ancora formati. Si tratta di ingredienti chiave per mondi potenzialmente abitabili.
La presenza di molecole organiche complesse (complex organic molecules, COMs) nella fase solida nelle protostelle è stata ipotizzata per la prima volta decenni fa da esperimenti di laboratorio, e le rilevazioni provvisorie di queste molecole sono state fatte da altri telescopi spaziali. Ciò include il programma Webb's Early Release Science Ice Age, che ha scoperto una varietà di ghiacci nelle regioni più buie e fredde di una nube molecolare.
Ora, con la risoluzione spettrale e la sensibilità senza precedenti dello strumento Mid-InfraRed Instrument (MIRI) di Webb, come parte del programma JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), queste COMs sono state identificate individualmente e confermate essere presenti nei ghiacci interstellari. Ciò include la robusta rilevazione di acetaldeide, etanolo (quello che chiamiamo alcol), formiato di metile e probabilmente acido acetico (l'acido nell'aceto), nella fase solida.
"Questa scoperta contribuisce a una delle domande di lunga data in astrochimica", ha affermato il capo team Will Rocha dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi. "Qual è l'origine delle COMs nello Spazio? Sono prodotte nella fase gassosa o nei ghiacci? La rilevazione delle COMs nei ghiacci suggerisce che reazioni chimiche in fase solida sulla superficie di grani di polvere freddi possano creare tipi di molecole complesse".
Poiché diverse COMs, tra cui quelle rilevate nella fase solida in questa ricerca, erano state precedentemente rilevate nella fase gassosa calda, si ritiene ora che esse provengano dalla sublimazione dei ghiacci. La sublimazione è il passaggio diretto da solido a gas senza diventare liquido. Pertanto, rilevare COMs nei ghiacci conferisce fiducia agli astronomi sul raggiungimento di una migliore comprensione dell'origine di altre molecole ancora più grandi nello Spazio.
Harold Linnartz ha guidato il Laboratorio di Astrofisica a Leiden per molti anni e ha coordinato le misurazioni dei dati utilizzati in questo studio. Ewine van Dishoeck dell'Università di Leiden, uno dei coordinatori del programma JOYS+, ha spiegato: "Harold era particolarmente felice che nell'assegnazione delle COMs il lavoro di laboratorio potesse svolgere un ruolo importante, poiché ci è voluto molto tempo per arrivare qui".
Gli scienziati sono anche desiderosi di esplorare in che misura queste COMs vengano trasportate verso i pianeti in fasi molto successive nell'evoluzione della protostella. Le COMs nei ghiacci vengono trasportate in modo più efficiente nei dischi di formazione dei pianeti rispetto al gas delle nubi. Queste COMs ghiacciate possono quindi essere ereditate da comete e asteroidi che a loro volta possono collidere con pianeti in formazione. In questo scenario, le COMs possono essere portate verso quei pianeti, fornendo potenzialmente gli ingredienti perché la vita prosperi.
Il team scientifico ha anche rilevato molecole più semplici, tra cui metano, acido formico, biossido di zolfo e formaldeide. In particolare, il biossido di zolfo permette al team di indagare sul bilancio dello zolfo disponibile nelle protostelle. Inoltre, è di interesse prebiotico perché ricerche esistenti suggeriscono che i composti contenenti zolfo abbiano svolto un ruolo importante nelle reazioni metaboliche sulla Terra primitiva. Sono stati rilevati anche ioni negativi: fanno parte dei sali che sono cruciali per lo sviluppo ulteriore della complessità chimica a temperature più elevate. Ciò indica che i ghiacci possono essere molto più complessi e richiedere ulteriori ricerche.
Di particolare interesse è che una delle sorgenti investigata, IRAS 2A, è caratterizzata come protostella a bassa massa. IRAS 2A potrebbe quindi avere somiglianze con le fasi primordiali del nostro stesso Sistema Solare. Se questo è il caso, le specie chimiche identificate in questa sorgente erano probabilmente presenti nelle prime fasi dello sviluppo del nostro Sistema Solare e successivamente sono state trasportate verso la Terra primitiva.
"Tutte queste molecole possono diventare parte di comete e asteroidi e alla fine di nuovi sistemi planetari quando il materiale ghiacciato viene trasportato verso l'interno nei dischi di formazione dei pianeti mentre il sistema protostellare evolve," ha affermato van Dishoeck. "Non vediamo l'ora di seguire questa traccia astrochimica passo dopo passo con ulteriori dati da Webb nei prossimi anni".