Cosmoquímica

Cosmoquímica (del griego antiguo κόσμος (kósmos) 'universo', y χημεία (khēmeía) 'química') o cosmología química es el estudio de la composición química de la materia en el universo y los procesos que llevaron a esas composiciones. Esto se hace principalmente a través del estudio de la composición química de los meteoritos y otras muestras físicas. Dado que los cuerpos de los asteroides padres de los meteoritos fueron algunos de los primeros materiales sólidos que se condensaron a partir de la nebulosa solar primitiva, los cosmoquímicos generalmente, pero no exclusivamente, se preocupan por los objetos contenidos dentro del Sistema Solar.

Historia

En 1938, el mineralogista suizo Victor Goldschmidt y sus colegas compilaron una lista de lo que llamaron "abundancias cósmicas" basado en su análisis de varias muestras terrestres y de meteoritos. Goldschmidt justificó la inclusión de datos de composición de meteoritos en su tabla al afirmar que las rocas terrestres estaban sujetas a una cantidad significativa de cambios químicos debido a los procesos inherentes de la Tierra y la atmósfera. Esto significaba que el estudio exclusivo de las rocas terrestres no arrojaría una imagen general precisa de la composición química del cosmos. Por lo tanto, Goldschmidt concluyó que también se debe incluir material extraterrestre para producir datos más precisos y sólidos. Esta investigación se considera la base de la cosmoquímica moderna.

Durante las décadas de 1950 y 1960, la cosmoquímica se volvió más aceptada como ciencia. Harold Urey, ampliamente considerado como uno de los padres de la cosmoquímica, se involucró en una investigación que eventualmente condujo a una comprensión del origen de los elementos y la abundancia química de las estrellas. En 1956, Urey y su colega, el científico alemán Hans Suess, publicaron la primera tabla de abundancias cósmicas que incluía isótopos basados en análisis de meteoritos.

El refinamiento continuo de la instrumentación analítica a lo largo de la década de 1960, especialmente la espectrometría de masas, permitió a los cosmoquímicos realizar análisis detallados de la abundancia isotópica de elementos dentro de los meteoritos. en 1960, John Reynolds determinó, a través del análisis de nucleidos de vida corta dentro de los meteoritos, que los elementos del Sistema Solar se formaron antes que el propio Sistema Solar, lo que comenzó a establecer una línea de tiempo de los procesos del Sistema Solar primitivo.

Meteoritos

Los meteoritos son una de las herramientas más importantes que tienen los cosmoquímicos para estudiar la naturaleza química del Sistema Solar. Muchos meteoritos provienen de material que es tan antiguo como el propio Sistema Solar y, por lo tanto, brindan a los científicos un registro de la nebulosa solar temprana. Las condritas carbonáceas son especialmente primitivas; es decir, han conservado muchas de sus propiedades químicas desde su formación hace 4.560 millones de años y, por lo tanto, son un foco importante de investigaciones cosmoquímicas.

Los meteoritos más primitivos también contienen una pequeña cantidad de material (< 0,1 %) que ahora se reconoce como granos presolares más antiguos que el propio Sistema Solar y que se derivan directamente de los restos de las supernovas individuales que suministró el polvo a partir del cual se formó el Sistema Solar. Estos granos son reconocibles por su química exótica que es ajena al Sistema Solar (como matrices de grafito, diamante o carburo de silicio). También suelen tener proporciones de isótopos que no son las del resto del Sistema Solar (en particular, el Sol), y que difieren entre sí, lo que indica las fuentes en varios eventos de supernovas explosivas diferentes. Los meteoritos también pueden contener granos de polvo interestelar, que se han acumulado a partir de elementos no gaseosos en el medio interestelar, como un tipo de polvo cósmico compuesto ("polvo de estrellas").

Hallazgos recientes de la NASA, basados en estudios de meteoritos encontrados en la Tierra, sugieren que los componentes de ADN y ARN (adenina, guanina y moléculas orgánicas relacionadas), componentes básicos de la vida tal como la conocemos, pueden formarse extraterrestres en el espacio exterior.

Cometas

El 30 de julio de 2015, los científicos informaron que tras el primer aterrizaje del módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67/P En la superficie de la superficie, las mediciones realizadas por los instrumentos COSAC y Ptolomeo revelaron dieciséis compuestos orgánicos, cuatro de los cuales se observaron por primera vez en un cometa, incluidos acetamida, acetona, isocianato de metilo y propionaldehído.

Investigación

En 2004, los científicos informaron haber detectado las firmas espectrales de antraceno y pireno en la luz ultravioleta emitida por la nebulosa del Rectángulo Rojo (nunca antes se habían encontrado otras moléculas tan complejas en el espacio exterior). Este descubrimiento se consideró una confirmación de la hipótesis de que, a medida que las nebulosas del mismo tipo que el Rectángulo Rojo se acercan al final de sus vidas, las corrientes de convección hacen que el carbono y el hidrógeno del núcleo de la nebulosa queden atrapados en los vientos estelares e irradien exterior. A medida que se enfrían, los átomos supuestamente se unen entre sí de varias maneras y eventualmente forman partículas de un millón o más de átomos. Los científicos dedujeron que, dado que descubrieron hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), que pueden haber sido vitales en la formación de la vida temprana en la Tierra, en una nebulosa, necesariamente deben originarse en nebulosas.

En agosto de 2009, los científicos de la NASA identificaron por primera vez en un cometa uno de los componentes químicos fundamentales de la vida (el aminoácido glicina).

En 2010, se detectaron fullerenos (o "bolas de bucky") en nebulosas. Los fullerenos han sido implicados en el origen de la vida; Según la astrónoma Letizia Stanghellini, "es posible que las bolas de Bucky del espacio exterior proporcionaran semillas para la vida en la Tierra".

En agosto de 2011, los hallazgos de la NASA, basados en estudios de meteoritos encontrados en la Tierra, sugieren que los componentes de ADN y ARN (adenina, guanina y moléculas orgánicas relacionadas), componentes básicos de la vida tal como la conocemos, pueden formarse extraterrestres en el exterior. espacio.

En octubre de 2011, los científicos informaron que el polvo cósmico contiene materia orgánica compleja ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura mixta aromática-alifática") que las estrellas podrían crear de forma natural y rápida.

El 29 de agosto de 2012, los astrónomos de la Universidad de Copenhague informaron sobre la detección de una molécula de azúcar específica, el glicolaldehído, en un sistema estelar distante. La molécula se encontró alrededor del binario protoestelar IRAS 16293-2422, que se encuentra a 400 años luz de la Tierra. Se necesita glicolaldehído para formar ácido ribonucleico, o ARN, que tiene una función similar a la del ADN. Este hallazgo sugiere que pueden formarse moléculas orgánicas complejas en los sistemas estelares antes de la formación de los planetas, llegando finalmente a los planetas jóvenes al principio de su formación.

En septiembre de 2012, los científicos de la NASA informaron que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), sometidos a condiciones del medio interestelar (ISM), se transforman, a través de la hidrogenación, la oxigenación y la hidroxilación, en sustancias orgánicas más complejas, un paso en el camino hacia los aminoácidos y los nucleótidos, las materias primas de las proteínas y el ADN, respectivamente. Además, como resultado de estas transformaciones, los PAH pierden su firma espectroscópica, lo que podría ser una de las razones de la falta de detección de PAH en los granos de hielo interestelar, en particular en las regiones exteriores de las nubes densas y frías o en la capa molecular superior. capas de discos protoplanetarios."

En 2013, el Atacama Large Millimeter Array (Proyecto ALMA) confirmó que los investigadores habían descubierto un par importante de moléculas prebióticas en las partículas heladas en el espacio interestelar (ISM). Los productos químicos, que se encuentran en una nube gigante de gas a unos 25.000 años luz de la Tierra en ISM, pueden ser precursores de un componente clave del ADN y el otro puede tener un papel en la formación de un aminoácido importante. Los investigadores encontraron una molécula llamada cianometanimina, que produce adenina, una de las cuatro bases nitrogenadas que forman los 'peldaños'. en la estructura en forma de escalera del ADN. Se cree que la otra molécula, llamada etanamina, desempeña un papel en la formación de alanina, uno de los veinte aminoácidos del código genético. Previamente, los científicos pensaban que tales procesos tenían lugar en el gas muy tenue entre las estrellas. Los nuevos descubrimientos, sin embargo, sugieren que las secuencias de formación química de estas moléculas no ocurrieron en el gas, sino en las superficies de los granos de hielo en el espacio interestelar. El científico de ALMA de la NASA, Anthony Remijan, afirmó que encontrar estas moléculas en una nube de gas interestelar significa que los componentes básicos importantes para el ADN y los aminoácidos pueden 'sembrar' planetas recién formados con los precursores químicos de la vida.

En enero de 2014, la NASA informó que los estudios actuales en el planeta Marte realizados por los rovers Curiosity y Opportunity ahora buscarán evidencia de vida antigua, incluida una biosfera basada en microorganismos autótrofos, quimiotróficos y/o quimiolitoautotróficos, así como antiguos agua, incluidos los ambientes fluvio-lacustres (llanuras relacionadas con antiguos ríos o lagos) que pudieron haber sido habitables. La búsqueda de evidencia de habitabilidad, tafonomía (relacionada con fósiles) y carbono orgánico en el planeta Marte es ahora un objetivo principal de la NASA.

En febrero de 2014, la NASA anunció una base de datos muy mejorada para rastrear los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo. Según los científicos, más del 20% del carbono del universo puede estar asociado con los PAH, posibles materiales de partida para la formación de la vida. Los PAH parecen haberse formado poco después del Big Bang, están muy extendidos por todo el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas.