Un estudio pionero del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que combina química de laboratorio y astrofísica, demuestra por primera vez que granos de polvo formados por carbono e hidrógeno altamente desordenados, denominados HAC, podrían intervenir en la formación de los fulerenos, moléculas de carbono claves para el desarrollo de la vida en el Universo y con potenciales aplicaciones en nanotecnología. Los resultados se publican como una Carta al Editor en la prestigiosa revista Astronomy and Astrophysics. 

Los fulerenos son moléculas de carbono muy grandes, complejas y altamente resistentes. Sus átomos están ordenados en estructuras esféricas tridimensionales siguiendo un patrón alternativo de hexágonos y pentágonos, como una típica pelota de fútbol (fulerenos C60) o un balón de rugby (fulerenos C70).  

Estas moléculas fueron descubiertas en un laboratorio en 1985, hallazgo que valió el premio Nobel de Química once años después. Desde entonces, se han detectado numerosas pruebas de su existencia en el espacio, especialmente, en torno a restos de estrellas ancianas y moribundas de tamaño similar al Sol, denominadas nebulosas planetarias, que se desprenden de sus capas exteriores de gas y polvo al final de sus vidas. 

Dado que son moléculas increíblemente estables y difíciles de destruir, se cree que los fulerenos pueden actuar como jaulas para otras moléculas y átomos, de modo que podrían haber llevado moléculas complejas hasta la Tierra que habrían impulsado el origen de la vida. Su estudio es, por lo tanto, clave para comprender los procesos físicos básicos que intervienen en la organización de la materia orgánica en el Universo.

Una huella química desconocida

Para la búsqueda e identificación de los fulerenos en el espacio resulta crucial la utilización de la espectroscopía. Esta técnica permite estudiar la materia que compone el Universo analizando las huellas químicas que imprimen átomos y moléculas en la luz que llega de ellos.

Un reciente estudio, liderado íntegramente por el IAC, ha analizado datos espectroscópicos en el infrarrojo, obtenidos previamente con telescopios espaciales, de la nebulosa planetaria Tc 1.Estos, si bien presentan líneas espectrales indicadoras de la presencia de fulerenos, también muestran bandas más anchas, denominadas bandas infrarrojas (UIR, por sus siglas en inglés), aún no identificadas. De hecho, esta desconocida huella química en el infrarrojo también se detecta en todo el Universo, desde los llamados cuerpos menores del Sistema Solar hasta galaxias remotas. 

“La identificación de las especies químicas responsables de esta emisión infrarroja que está ampliamente presente en el Universo es un misterio en astroquímica, aunque se intuye que deben ser especies ricas en carbono, uno de los elementos fundamentales para la vida”, explica Marco A. Gómez Muñoz, investigador del IAC que ha liderado el estudio.

Un nuevo origen para los fulerenos

Con el objetivo de identificar estas misteriosas bandas, el equipo de investigación ha reproducido la emisión infrarroja de la nebulosa planetaria Tc 1. El análisis de las bandas de emisión ha permitido determinar la presencia de granos de carbono amorfo hidrogenados (HAC, por sus siglas en inglés). Estos compuestos de carbono e hidrógeno altamente desordenados, muy abundantes en las envolturas de estrellas agonizantes, serían los responsables de la emisión infrarroja de esta nebulosa.

“Hemos combinado, por primera vez, las constantes ópticas de HAC, obtenidas de experimentos de laboratorio, con modelos de fotoionización, reproduciendo así la emisión infrarroja de la nebulosa planetaria Tc 1, que es muy rica en fulerenos”, señala Domingo Aníbal García Hernández, investigador del IAC y coautor del estudio. 

Para el equipo científico, la existencia simultánea de HAC y fulerenos apoya la teoría de que estos últimos podrían formarse a partir del procesado o destrucción de los granos de polvo presentes en nebulosas planetarias, por ejemplo, por la interacción con la radiación ultravioleta, mucho más energética que la luz visible. 

Con este resultado, los científicos han allanado el camino para futuras investigaciones basadas en la colaboración entre la química de laboratorio y la astrofísica. “Nuestro trabajo muestra claramente el gran potencial de la interdisciplinariedad en ciencia y tecnología para realizar avances fundamentales en astrofísica y astroquímica”, concluye Gómez Muñoz.

Artículo: M. A. Gómez-Muñoz et al. “Hydrogenated amorphous carbon grains as an alternative carrier of the 9–13 μm plateau feature in the fullerene planetary nebula Tc 1”. A&A, Volume 682, L18, February 2024. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202349087

Contactos en el IAC:
Marco A. Gómez Muñoz, marco.gomez-ext [at] iac.es (marco[dot]gomez-ext[at]iac[dot]es)
Domingo Aníbal García Hernández, anibal.garcia.hernandez [at] iac.es (anibal[dot]garcia[dot]hernandez[at]iac[dot]es)