Um desinfetante na região do Centro Galáctico

Muitos de nós provavelmente já manuseámos – literalmente – o composto químico isopropanol: pode ser utilizado como antisséptico, solvente ou agente de limpeza. Mas esta substância não é apenas encontrada na Terra: investigadores liderados por Arnaud Belloche do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bona, Alemanha, detetaram pela primeira vez a molécula no espaço interestelar. Foi observada num “sala de parto” de estrelas, a enorme região de formação estelar Sagitário B2, localizada perto do centro da nossa Via Láctea. A nuvem molecular é o alvo de uma extensa investigação da sua composição química com o telescópio ALMA no deserto chileno do Atacama.

A procura por moléculas no espaço tem vindo a decorrer há mais de 50 anos. Até à data, os astrónomos identificaram 276 moléculas no meio interestelar. A CDMS (Cologne Database for Molecular Spectroscopy) fornece dados espectroscópicos para a deteção destas moléculas, contribuídos por muitos grupos de investigação e tem sido, em muitos casos, instrumental na sua deteção.

O objetivo do presente trabalho é compreender como as moléculas orgânicas se formam no meio interestelar, em particular em regiões onde nascem novas estrelas, e quão complexas estas moléculas podem ser. A motivação subjacente é estabelecer ligações com a composição química dos corpos no Sistema Solar, tais como cometas, como a missão Rosetta ao cometa Churyumov-Gerasimenko fez há alguns anos atrás.

Uma excecional região de formação estelar na nossa Galáxia, onde muitas moléculas foram detetadas no passado, é Sagitário B2 (Sgr B2), que está localizada perto da famosa fonte Sgr A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa Galáxia.

“O nosso grupo começou a investigar a composição química de Sgr B2 há mais de 15 anos com o telescópio IRAM de 30 metros,” diz Arnaud Belloche do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bona, Alemanha, o autor principal do artigo científico de deteção. “Estas observações foram bem-sucedidas e levaram, em particular, à primeira deteção interestelar de várias moléculas orgânicas, entre muitos outros resultados.”

Com o advento do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) há dez anos atrás, tornou-se possível ir além do que se podia alcançar para Sgr B2 com um telescópio de antena única e iniciou-se um estudo a longo prazo da composição química de Sgr B2 que tirou partido da alta resolução angular e sensibilidade fornecida pelo ALMA.

Até agora, as observações ALMA levaram à identificação de três novas moléculas orgânicas (cianeto isopropílico, N-metilformamida, ureia) desde 2014. O resultado mais recente deste projeto ALMA é agora a deteção de propanol (C3H7OH).

O propanol é um álcool, e é agora a maior nesta classe de moléculas que já foram detetadas no espaço interestelar. Esta molécula existe em duas formas (“isómeros”), dependendo do átomo de carbono a que o grupo funcional hidroxilo (OH) está ligado: 1) álcool propílico normal, com OH ligado a um átomo de carbono terminal da cadeia, e 2) isopropanol, com OH ligado ao átomo de carbono central da cadeia. O isopropanol é também bem conhecido como o ingrediente-chave do desinfetante de mãos na Terra. Ambos os isómeros de propanol em Sgr B2 foram identificados no conjunto de dados ALMA. É a primeira vez que o isopropanol é detetado no meio interestelar, e a primeira vez que o propanol normal é detetado numa região de formação estelar. A primeira deteção interestelar de propanol normal foi obtida um pouco antes da deteção do ALMA por uma equipa de investigação espanhola com radiotelescópios de antena única numa nuvem molecular não muito longe de Sgr B2. A deteção de isopropanol na direção de Sgr B2, no entanto, só foi possível com o ALMA.

“A deteção de ambos os isómeros de propanol é excecionalmente poderosa na determinação do mecanismo de formação de cada um deles. Dado que são muito parecidos, comportam-se fisicamente de formas muito semelhantes, o que significa que as duas moléculas devem estar presentes nos mesmos locais e ao mesmo tempo,” diz Rob Garrod da Universidade de Virgínia (Charlottesville, EUA). “A única questão em aberto são as quantidades exatas que estão presentes – isto torna a sua relação interestelar muito mais precisa do que seria o caso para outros pares de moléculas. Também significa que a rede química pode ser sintonizada com muito mais cuidado para determinar os mecanismos pelos quais se formam.”

O radiotelescópio ALMA foi essencial na deteção de ambos os isómeros de propanol em direção a Sgr B2, graças à sua alta sensibilidade, à sua alta resolução angular e à sua ampla cobertura de frequência. Uma dificuldade na identificação de moléculas orgânicas nos espectros das regiões de formação estelar é a confusão espectral. Cada molécula emite radiação em frequências específicas, a sua “impressão digital” espectral, que é conhecida a partir de medições laboratoriais.

“Quanto maior a molécula, mais linhas espectrais a diferentes frequências ela produz. Numa fonte como Sgr B2, há tantas moléculas a contribuir para a radiação observada que os seus espectros se sobrepõem e é difícil separar as suas impressões digitais e identificá-las individualmente,” diz Holger Müller da Universidade de Colónia, onde foi realizado trabalho de laboratório especialmente sobre o álcool propílico normal.

Graças à alta resolução angular do ALMA, foi possível isolar partes de Sgr B2 que emitem linhas espectrais muito estreitas, cinco vezes mais estreitas do que as linhas detetadas em escalas maiores com o radiotelescópio IRAM de 30 metros! O quão estreitas estas linhas são reduz a confusão espectral e isto foi fundamental para a identificação de ambos os isómeros de propanol em Sgr B2. A sensibilidade do ALMA também desempenhou um papel chave: não teria sido possível identificar o propanol nos dados recolhidos caso a sensibilidade tivesse sido apenas duas vezes pior.

Esta investigação é um esforço de longa data para sondar a composição química de locais em Sgr B2 onde novas estrelas estão a ser formadas, e assim compreender os processos químicos em funcionamento no decurso da formação estelar. O objetivo é determinar a composição química dos locais de formação estelar, e possivelmente identificar novas moléculas interestelares. “O propanol está há muito tempo na nossa lista de moléculas a procurar, mas só graças ao recente trabalho feito no nosso laboratório para caracterizar o seu espectro é que conseguimos identificar os seus dois isómeros de forma robusta,” diz Oliver Zingsheim, também da Universidade de Colónia.

A deteção de moléculas estreitamente relacionadas que diferem ligeiramente na sua estrutura (como normal e isopropanol ou, como foi feito no passado com o cianeto, normal e isopropil) e a medição da sua abundância permite aos investigadores examinar partes específicas da rede de reação química que leva à sua produção no meio interestelar.

“Há ainda muitas linhas espectrais não identificadas no espectro ALMA de Sgr B2, o que significa que ainda há muito trabalho para decifrar a sua composição química. Num futuro próximo, a expansão dos instrumentos ALMA para frequências mais baixas irá provavelmente ajudar-nos a reduzir ainda mais a confusão espectral e possivelmente permitir a identificação de moléculas orgânicas adicionais nesta fonte espetacular”, conclui Karl Menten, Diretor do Instituto Max Planck para Radioastronomia e líder do seu departamento de investigação em Astronomia Milimétrica e Submilimétrica.

// Instituto Max Planck para Radioastronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Virgínia (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)

Saiba mais:

Propanol:
Wikipedia

Isopropanol:
Wikipedia

Sagitário B2 (Sgr B2):
Wikipedia

ALMA:
Página principal
ALMA (NRAO)
ALMA (NAOJ)
ALMA (ESO)
Wikipedia