Uma nova investigação liderada pelo Centro de Astrobiologia (CAB), CSIC-INTA, utilizando ferramentas de modelagem desenvolvidas na Universidade de Oxford, revelou uma extraordinária concentração de pequenas moléculas orgânicas nas profundezas do núcleo fortemente encoberto de uma galáxia próxima. A descoberta foi viabilizada pelas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Publicados na Nature Astronomy, os resultados iluminam como o carbono e moléculas orgânicas complexas se comportam em alguns dos ambientes mais hostis do Universo.
A pesquisa centra-se em IRAS 07251-0248, uma galáxia infravermelha ultra-luminosa cujo região central está enterrada sob espessas camadas de gás e poeira. Esse material denso bloqueia a maior parte da radiação proveniente do buraco negro supermassivo em seu centro, tornando a região quase impossível de estudar com telescópios tradicionais. A luz infravermelha, no entanto, pode passar através da poeira, permitindo que os cientistas examinem a atividade química ocorrendo dentro desse núcleo galáctico envolto em mistério.
Instrumentos do JWST Investigam Núcleo Galáctico Coberto de Poeira
Para investigar o centro encoberto da galáxia, os pesquisadores utilizaram dados espectroscópicos do JWST que abrangem comprimentos de onda de 3 a 28 micrômetros. Eles combinaram medições dos instrumentos NIRSpec e MIRI, que podem detectar impressões digitais químicas de moléculas em forma gasosa, além de sinais de gelos congelados e grãos de poeira. Com essas informações detalhadas, a equipe mediu tanto a abundância quanto a temperatura de muitos compostos químicos diferentes no núcleo da galáxia.
Os dados revelaram uma coleção extraordinariamente diversificada de pequenas moléculas orgânicas. Entre elas estavam benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2) e triacetileno (C6H2). Os pesquisadores também identificaram o radical metila (CH3), marcando a primeira vez que essa molécula foi detectada além da Via Láctea. Além de compostos gasosos, a equipe encontrou grandes quantidades de materiais sólidos, incluindo grãos ricos em carbono e águas geladas.
“Encontramos uma complexidade química inesperada, com abundâncias muito maiores do que as previstas pelos atuais modelos teóricos,” explica o autor principal Dr. Ismael García Bernete, ex-University of Oxford e agora pesquisador do CAB. “Isso indica que deve haver uma fonte contínua de carbono nesses núcleos galácticos alimentando essa rica rede química.”
Esses pequenos compostos orgânicos são considerados ingredientes essenciais em processos químicos mais avançados. Embora não sejam componentes das células vivas, podem representar os primeiros passos na cadeia de reações que eventualmente produzem aminoácidos e nucleotídeos. A co-autora Professora Dimitra Rigopoulou (Departamento de Física, Universidade de Oxford) acrescenta: “Embora pequenas moléculas orgânicas não sejam encontradas em células vivas, elas podem desempenhar um papel vital na química prebiótica, representando um importante passo em direção à formação de aminoácidos e nucleotídeos.”
Raios Cósmicos Podem Impulsionar a Formação de Moléculas Orgânicas
Utilizando métodos analíticos e modelos teóricos de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) desenvolvidos pela equipe de Oxford, os pesquisadores determinaram que altas temperaturas e gás turbulento por si só não podem explicar a riqueza química observada. Em vez disso, as evidências apontam para os raios cósmicos como um fator-chave. Essas partículas de alta energia parecem quebrar PAHs e grãos de poeira ricos em carbono, liberando pequenas moléculas orgânicas para o gás circundante.
O estudo também identificou uma forte relação entre a quantidade de hidrocarbonetos presente e a intensidade da ionização por raios cósmicos em galáxias comparáveis. Essa ligação reforça a ideia de que os raios cósmicos desempenham um papel central na produção dessas moléculas. Os núcleos galácticos profundamente enterrados podem, portanto, funcionar como fábricas químicas em grande escala, influenciando como as galáxias evoluem quimicamente ao longo do tempo.
No geral, os resultados abrem novas oportunidades para estudar como moléculas orgânicas se formam e se transformam em ambientes espaciais extremos. Eles também destacam a capacidade do JWST de revelar regiões do Universo que antes estavam ocultas à vista.
Além do CAB, as seguintes instituições também contribuíram para este trabalho: Instituto de Física Fundamental (CSIC; M. Pereira-Santaella, M. Agúndez, G. Speranza), Universidade de Alcalá (E. González-Alfonso) e Universidade de Oxford (D. Rigopoulou, F.R. Donnan, N. Thatte).
Projeto financiado por meio do Programa Atracción de Talento Investigador “César Nombela” (grant 2023-T1/TEC-29030) pela Comunidade de Madrid e INTA.
