¿Dónde está el azufre en las regiones de formación de estrellas? Un estudio reciente ha detectado por primera vez emisión de una molécula con más de un átomo de azufre en una nube molecular interestelar. Tras décadas sin respuestas sobre el conocido “problema del agotamiento del azufre”, referido a la limitada presencia de azufre en este tipo de regiones del cielo con respecto a otras, esta detección arroja luz sobre los mecanismos de formación de moléculas con azufre, un elemento clave para la vida en la Tierra.
Las nubes moleculares interestelares son las regiones del cielo donde se forman las estrellas. Antes de la formación de una estrella, en dichas nubes encontramos gas y polvo dispuestos principalmente a lo largo de estructuras alargadas conocidas como filamentos. Estos filamentos canalizan el gas y el polvo en concentraciones cada vez más densas que se contraen y fragmentan, dando lugar a núcleos preestelares que finalmente formarán estrellas.
En las primeras etapas de la formación estelar, la temperatura de estos núcleos es baja y la densidad alta, por lo que las moléculas gaseosas se adhieren a la superficie de los granos de polvo formando mantos de hielo sobre ella. Conforme el colapso de los núcleos preestelares avanza por efecto de la gravedad, la temperatura aumenta y se forma una estrella en el centro de cada núcleo. En este momento, el núcleo preestelar pasa a denominarse hot corino (núcleos calientes similares a los denominados hot cores precursores de las estrellas masivas, pero de baja masa) y el aumento de la temperatura sublima las moléculas enriqueciendo así el gas ambiente. Esto hace que los hot corinos sean regiones químicamente ricas.
El problema del agotamiento del azufre
De entre todos los elementos químicos existentes, el azufre tiene un papel destacado ya que es uno de los más abundantes en el Universo, además de ser también uno de los seis elementos fundamentales para la vida junto al carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo. No obstante, a pesar de la gran abundancia de moléculas azufradas —aquellas que contienen átomos de azufre en su estructura— en el Universo, su reparto entre los diferentes tipos de regiones del medio interestelar es muy desigual. Por ejemplo, mientras que en regiones con baja densidad (medio interestelar difuso) el inventario de moléculas con azufre se corresponde con el de la abundancia solar total, en regiones densas (nubes moleculares) la abundancia de moléculas azufradas representa solo alrededor del 1 % de la cantidad esperada. Este paradero desconocido del azufre en nubes moleculares se conoce en astrofísica molecular como “el problema del agotamiento del azufre”.
Se han dedicado muchos esfuerzos para tratar de saber dónde se encuentra el azufre en las regiones de formación de estrellas, a través del desarrollo de códigos químicos para estudiar la química del azufre y su evolución a lo largo de millones de años. Los principales resultados indican que, en las regiones más frías de las nubes, el azufre atómico estaría en forma de hielo pegado a los granos de polvo formando sulfuro de hidrógeno. Sin embargo, esta molécula nunca ha sido detectada en hielos interestelares. Modelos teóricos y experimentos de laboratorio también indican que el azufre podría estar en fase gaseosa en forma de alótropos (es decir, moléculas formadas únicamente por átomos de azufre) o formando moléculas con (varios) átomos de azufre e hidrógeno. Sin embargo, hasta ahora ninguna de estas moléculas había sido detectada en nubes moleculares, manteniendo así el misterio sobre el paradero de azufre en las regiones de formación estelar.
Disulfuro de hidrógeno (HS2) en la constelación de Tauro
En un estudio recientemente publicado en Astronomy & Astrophysics, hemos detectado la primera molécula con dos átomos de azufre, disulfuro de hidrógeno, en la nube molecular TMC-1 situada en la constelación de Tauro, corroborando así las predicciones teóricas y de laboratorio. Además, a pesar de que en el estudio se deriva una abundancia pequeña para el disulfuro de hidrógeno (en concreto, siete veces menor que la de su contrapartida oxigenada HSO), este hallazgo arroja luz sobre la química del azufre en el Universo y la formación de moléculas azufradas. Y es que, contrariamente a lo que se creía hasta ahora, las reacciones químicas en fase gas muestran un papel dominante frente a las reacciones en fase sólida (sobre la superficie de los granos de polvo) en la formación del disulfuro de hidrógeno.
La investigación en este campo continúa activa con la búsqueda de más moléculas con más de un átomo de azufre y, sin duda, la llegada de nuevos instrumentos astronómicos, como el Telescopio Espacial James Webb, nos permitirá seguir avanzando para finalmente resolver el “problema del agotamiento del azufre”.
Agradecimiento:
Ministerio de Ciencia e Innovación: proyectos PID2022-137980NB-I00, PID2022-136525NA-I00 and PID2023-147545NB-I00. Unión Europea, proyectos: ERC-2013-Syg NANOCOSMOS (610256), ERC SUL4LIFE (101096293).
Referencia:
Gisela Esplugues, Marcelino Agúndez, Germán Molpeceres, Belén Tercero, Carlos Cabezas, Nuria Marcelino, Raúl Fuentetaja y José Cernicharo, First detection of HS2 in a cold dark cloud, Astronomy & Astrophysics, Volume 669, id. L2. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555384
Autores del artículo divulgativo:
Gisela Esplugues
Observatorio Astronómico Nacional (OAN)
Observatorio de Yebes, IGN
Fuente: Scientias
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