El inicio de las reacciones químicas que crean moléculas prebióticas en el espacio

Desde que la primera detección de moléculas en el espacio fue realizada hace más de cien años, ha existido un gran interés en averiguar cómo se forman las moléculas en el espacio y, en especial, las moléculas prebióticas, que constituyen ingredientes para el surgimiento de la vida.

El equipo de Kennedy Barnes, Rong Wu, Christopher Arumainayagam y James Battat, los cuatro del Wellesley College, en Estados Unidos, se propuso explorar la importancia relativa de los electrones de baja energía frente a los fotones al provocar las reacciones químicas responsables de la síntesis de esas moléculas prebióticas en el espacio.

En los pocos estudios que anteriormente buscaron la respuesta a esta pregunta, se llegó a la conclusión de que tanto los electrones como los fotones pueden catalizar las mismas reacciones. Sin embargo, el estudio de Barnes y sus colegas indica que la molécula prebiótica obtenida a partir de electrones y fotones de baja energía podría ser significativamente diferente en el espacio. “Nuestros cálculos sugieren que el número de electrones inducidos por rayos cósmicos dentro del hielo cósmico podría ser mucho mayor que el número de fotones que golpean el hielo”, explica Barnes. “Por tanto, es probable que los electrones desempeñen un papel más importante que los fotones en la síntesis extraterrestre de las moléculas prebióticas”.

Al intentar comprender mejor la síntesis de moléculas prebióticas, los investigadores no limitaron sus esfuerzos al modelado matemático; también probaron su hipótesis imitando las condiciones del espacio en el laboratorio. Utilizan una cámara de vacío que contiene un sustrato de cobre ultrapuro que pueden enfriar a temperaturas ultrabajas, junto con una pistola de electrones que produce electrones de baja energía y una lámpara de plasma accionada por láser que produce fotones de baja energía. Los científicos bombardean películas de hielo a nanoescala con electrones o fotones para ver qué moléculas se producen.

Los investigadores simulan las condiciones del espacio interestelar con esta cámara de vacío ultraalto y baja temperatura que contiene una fuente de electrones para recrear la formación en el espacio de sustancias clave para la vida. (Foto: Kennedy Barnes)

“Aunque anteriormente nos hemos centrado en cómo esta investigación se aplica a las partículas submicrónicas de hielo interestelares, también es relevante para el hielo cósmico a una escala mucho mayor, como la de la luna Europa de Júpiter, que tiene una capa de hielo de 32 kilómetros de espesor”, explica Barnes.

Por lo tanto, sugiere que su investigación ayudará a los astrónomos a comprender mejor algunos datos obtenidos en observaciones realizadas por telescopios espaciales como el James Webb, así como algunos de los que obtenga la sonda espacial Europa Clipper, cuyo lanzamiento está previsto inicialmente para octubre de 2024. Barnes espera que sus hallazgos inspiren a otros investigadores a incorporar electrones de baja energía a sus modelos de astroquímica que simulan lo que sucede dentro de los hielos cósmicos.

Este estudio ha sido presentado públicamente en un congreso reciente de la ACS (American Chemical Society).

Barnes y sus colegas también están modificando la composición molecular de las películas de hielo y explorando las reacciones de adición de átomos para comprobar si los electrones de baja energía pueden producir otras sustancias químicas prebióticas. Este trabajo se realiza en colaboración con investigadores del Laboratorio para el Estudio de la Radiación y la Materia en Astrofísica y Atmósferas de Francia. (Fuente: ACS)