Piccoli granelli di polvere ricoperti di ghiaccio rappresentano laboratori in miniatura per lo studio della natura dello spazio profondo: ecco come l’astrofotografia aiuti a ottenerne una visione più chiara.

Gli astronomi del Max Planck Institute for Astronomy e dell’Università di Jena hanno ottenuto una visione più chiara dei piccoli laboratori della natura nello spazio profondo: piccoli granelli di polvere ricoperti di ghiaccio.

Invece di forme regolari ricoperte di ghiaccio, tali grani sembrano essere soffici reti di polvere, con sottili strati di ghiaccio.

In particolare, ciò significa che i granelli di polvere hanno superfici considerevolmente più grandi, che è dove avvengono la maggior parte delle reazioni chimiche. Quindi, la nuova struttura ha conseguenze fondamentali per la visione degli astronomi della chimica organica nello spazio e quindi per la genesi delle molecole prebiotiche che avrebbero potuto svolgere un ruolo importante per l’origine della vita sulla Terra.

Creare molecole complesse nello spazio profondo è tutt’altro che facile. In base alle conoscenze attuali, i laboratori naturali in cui si verificano le reazioni necessarie sono semplicemente i granelli di polvere interstellare con superfici ghiacciate.

Gli strati di ghiaccio potrebbero essere così sottili che la struttura superficiale dei granelli di polvere svolge un ruolo importante.

Ora, i nuovi risultati sperimentali di Alexey Potapov del gruppo astrofisico di laboratorio MPIA dell’Università di Jena e dei suoi colleghi dimostrano che, in condizioni realistiche, gli strati di ghiaccio potrebbero essere così sottili che la struttura superficiale dei granelli di polvere svolge un ruolo importante.

Questo apre un nuovo campo di studio: coloro che sono interessati alle origini cosmiche delle molecole organiche precursori della vita dovranno esaminare più da vicino le diverse proprietà delle superfici dei granelli di polvere cosmica, le loro interazioni con piccole quantità di ghiaccio e il ruolo svolto dagli ambienti complessi risultanti nel contribuire a sintetizzare molecole organiche complesse.

Quando pensiamo a come si è generata la vita in questo universo, non dobbiamo dimenticarci che ci sono diversi passaggi importanti, che comprendono la fisica, la chimica e la biologia.

Le molecole, comprese quelle organiche necessarie per formare gli aminoacidi, o il nostro DNA, possono formarsi nel mezzo interstellare. Nelle poche occasioni in cui le sonde sono riuscite ad analizzare direttamente la polvere cosmica, vale a dire le missioni Stardust e Rosetta, l’analisi ha trovato molecole complesse, come il semplice aminoacido glicina.

Nel corso dell’evoluzione di un sistema planetario, le molecole organiche possono essere trasportate sulle superfici planetarie da meteoriti e comete primitive.

Come queste molecole possano formarsi in primo luogo, nelle distese quasi vuote tra le stelle, non è affatto una domanda semplice a cui rispondere.

Nello spazio esterno, la maggior parte degli atomi e delle molecole fanno parte di un gas ultrasottile, con quasi nessuna interazione, per non parlare delle interazioni necessarie per costruire molecole organiche più complesse.

Negli anni ’60, gli astronomi interessati alla chimica interstellare iniziarono a sviluppare l’idea che i grani di polvere interstellare potrebbero servire da “laboratori interstellari”, che faciliterebbero reazioni chimiche più complesse. Tali granuli, a base di carbonio o di silicato, si formano tipicamente negli strati esterni di stelle fredde o in seguito a esplosioni di supernova. In una nuvola di gas e polvere, diversi tipi di molecole si attaccerebbero al grano (freddo), le molecole si accumulerebbero e alla fine si verificherebbero interessanti reazioni chimiche.

In particolare, occorrerebbero tempi dell’ordine di 100.000 anni affinché un granello di polvere accumuli un mantello di ghiaccio (principalmente ghiaccio d’acqua, ma anche alcune altre molecole come il monossido di carbonio). Questo strato ghiacciato servirebbe quindi da piccolo laboratorio di chimica cosmica.

Gli astronomi interessati a questo argomento hanno presto capito di aver bisogno di esperimenti per interpretare le loro osservazioni sulle nuvole di gas interstellari. Avrebbero bisogno di studiare i granelli di polvere coperti di ghiaccio e la loro interazione con le molecole nei laboratori qui sulla Terra. A tal fine, utilizzerebbero le camere a vuoto, simulando il vuoto dello spazio e le temperature appropriate. Dal momento che l’ipotesi era che ciò che contava era la chimica sulla superficie ghiacciata, divenne pratica comune usare strati di ghiaccio per tali esperimenti, applicati a una superficie ordinaria come una lastra di cristallo di bromuro di potassio (KBr) o una superficie metallica. Ma ciò, dimostrano i nuovi risultati, nella migliore delle ipotesi può far parte solo dell’immagine.

 

Immagini al microscopio elettronico dei granelli di polvere cosmica artificiale, a diverse risoluzioni (microscopia elettronica a trasmissione a sinistra, microscopia elettronica a scansione a destra). Entrambi mostrano le complesse e complesse strutture superficiali dei grani, risultando in grandi superfici. Credito: C. Jäger / MPIA e FSU Jena

La formazione del pianeta, così come la ricerca delle origini della vita, sono obiettivi chiave di ricerca per il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), e i granelli di polvere ghiacciata svolgono un ruolo importante per entrambi. Ecco perché, dal 2003, MPIA ha mantenuto un laboratorio di astrofisica e gruppo di fisica dei cluster presso l’Istituto di fisica dello stato solido dell’Università Friedrich Schiller, Jena..

Potapov dice:

Ora che sappiamo che i granelli di polvere contano, un nuovo elemento è entrato nel gioco astrochimico. Sapere che il nuovo giocatore è lì ci dà una migliore possibilità di capire le reazioni chimiche fondamentali che, in una fase successiva, potrebbero aver portato alla apparizione della vita nell’universo.