El telescopio espacial James Webb ha detectado por primera vez de forma segura el radical metilo (CH₃) alrededor de una estrella evolucionada rica en carbono. El hallazgo, liderado por personal investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se ha producido en SMP LMC 011, una estrella moribunda situada en la Gran Nube de Magallanes, y aporta nuevas pistas sobre cómo se construyen las moléculas de carbono que enriquecen el Universo.
Los resultados, publicados en The Astrophysical Journal Letters, apuntan además a un mecanismo inesperado: los propios granos de polvo que rodean a estas estrellas podrían estar liberando moléculas pequeñas y reactivas al gas, donde participan en la construcción de estructuras de carbono cada vez más complejas.
El radical metilo, una molécula pequeña con un papel importante
El radical metilo (CH₃) está formado por un átomo de carbono y tres de hidrógeno. Su particularidad es que posee un electrón desapareado, una característica que lo convierte en una molécula extremadamente reactiva.
Precisamente esa reactividad hace que el metilo sea muy difícil de encontrar en el espacio. Su vida es muy corta y tiende a reaccionar rápidamente con otras moléculas. Además, presenta otra dificultad para los astrónomos: debido a su estructura simétrica, no produce una señal de radio que permita localizarlo mediante las técnicas utilizadas habitualmente para identificar moléculas en el espacio.
Su huella puede detectarse, en cambio, mediante una vibración concreta en el infrarrojo medio, en una región de longitud de onda que la atmósfera terrestre bloquea. Para observarla directamente es necesario, por tanto, un telescopio espacial con la sensibilidad del James Webb.
El James Webb encuentra más metilo del esperado
El equipo utilizó el instrumento MIRI del JWST para estudiar SMP LMC 011. La observación no solo permitió identificar el radical metilo, sino también estimar su abundancia.
Y ahí apareció una de las principales sorpresas del estudio: la cantidad de CH₃ detectada es notablemente superior a la que predeciría la química convencional.
Una posibilidad habitual para explicar la presencia de metilo es la acción de la radiación ultravioleta sobre moléculas más sencillas, como el metano. Sin embargo, ese proceso debería generar cantidades relativamente pequeñas. Los datos obtenidos por Webb apuntan a que debe existir una fuente adicional de radicales metilo.
El polvo cósmico podría estar fabricando y liberando metilo
Los investigadores proponen que esa fuente podría encontrarse en los granos de polvo ricos en carbono que rodean a la estrella.
En torno a estrellas evolucionadas de este tipo, el carbono y el hidrógeno pueden condensarse en un material desordenado parecido al hollín conocido como carbono amorfo hidrogenado (HAC). Según la interpretación planteada en el estudio, la radiación ultravioleta de la estrella y/o las ondas de choque podrían erosionar estos granos.
Al hacerlo, liberarían radicales metilo al gas que rodea a la estrella. Esta posibilidad introduce una idea relevante para comprender la química del carbono en el espacio: el polvo no sería únicamente un lugar donde se acumulan moléculas, sino también una fuente de moléculas que regresan al gas y participan en nuevas reacciones químicas.
Jialu Li, investigadora postdoctoral del IAC y líder del estudio, explica que el radical metilo es «una de las moléculas más reactivas y de vida más corta que podemos buscar en el espacio, y apenas deja una huella que los telescopios puedan ver». Según añade, «detectarlo directamente y poder medir realmente cuánto hay, solo ha sido posible gracias a la extraordinaria sensibilidad del JWST».
Del polvo a las moléculas orgánicas más complejas
El hallazgo puede modificar la imagen tradicional de la relación entre polvo cósmico y grandes moléculas de carbono. Entre estas moléculas se encuentran los hidrocarburos aromáticos policíclicos, conocidos como PAHs, estructuras formadas por varios anillos de carbono que están ampliamente distribuidas por el cosmos.
Una de las hipótesis habituales plantea que estas moléculas se forman en la fase gaseosa y posteriormente pueden quedar asociadas a los granos de polvo. El nuevo estudio plantea que el proceso también podría funcionar en sentido contrario.
Los granos de polvo pueden erosionarse y devolver al gas moléculas pequeñas y reactivas como el CH₃. Una vez liberado, el radical metilo puede participar en reacciones que aumentan progresivamente la complejidad de las moléculas de carbono.
Domingo Aníbal García-Hernández, investigador del IAC y coautor del trabajo, señala que «la cantidad de metilo que medimos es demasiado alta para explicarla con la fotoquímica habitual en fase gaseosa».
Su interpretación es que «los granos de polvo de carbono estén siendo erosionados por la luz ultravioleta y/o por ondas de choque, devolviendo esta molécula al gas; de manera que el polvo no solo crece, sino que también puede descomponerse y alimentar la química».
El benceno podría ser uno de los puntos de partida
SMP LMC 011 presenta además una característica especialmente interesante: es una estrella excepcionalmente rica en benceno (C₆H₆). El benceno es el anillo aromático más sencillo y constituye una estructura básica de los PAHs. Los investigadores plantean que los abundantes radicales metilo pueden reaccionar con el benceno y con moléculas derivadas de él.
La incorporación sucesiva de grupos metilo puede conducir a moléculas aromáticas progresivamente más complejas. En este escenario, el CH₃ actuaría como una especie de pieza molecular que permite ampliar un anillo de carbono sencillo y avanzar hacia estructuras mayores.
Los investigadores encontraron además una segunda pista. Buscaron etano (C₂H₆), que podría formarse si los radicales metilo reaccionaran simplemente entre sí, pero no lo detectaron.
La ausencia de etano es compatible con la posibilidad de que el metilo esté siendo utilizado preferentemente en otras reacciones químicas que favorecen el crecimiento de moléculas aromáticas, como el tolueno y el etilbenceno.
Las estrellas moribundas, fábricas de moléculas de carbono
Las estrellas evolucionadas ricas en carbono constituyen auténticos laboratorios naturales para estudiar la formación y transformación del polvo cósmico y las moléculas orgánicas.
Arturo Manchado, investigador del IAC/CSIC y coautor del estudio, recuerda que «las estrellas evolucionadas como esta se encuentran entre las principales fábricas de polvo de carbono y moléculas orgánicas complejas del Universo, la materia prima de futuras estrellas, planetas y, quizá, la vida».
Para el investigador, el nuevo resultado «identifica el radical metilo como una pieza clave de ese proceso» y señala que los modelos químicos actuales tendrán que incorporar este tipo de reacciones.
La importancia del hallazgo va, por tanto, más allá de la detección de una molécula concreta. Si el mecanismo propuesto se confirma, ayudaría a comprender mejor cómo el carbono pasa de materiales relativamente sencillos a moléculas orgánicas progresivamente más complejas en los entornos de las estrellas evolucionadas.
