Un pequeño universo en una botella ofrece pistas sobre los orígenes de la vida

Un estudiante de doctorado en Sídney logró producir polvo cósmico a partir de condiciones que simulan el espacio, lo que brinda nuevas pistas sobre cómo algunos ingredientes químicos necesarios para la vida podrían haberse formado antes de la existencia de la Tierra.

Linda Losurdo, candidata a PhD en física de materiales y plasma en la Escuela de Física, combinó nitrógeno, dióxido de carbono y acetileno para simular las condiciones energéticas que se encuentran cerca de estrellas y restos de supernovas.

Luego, expuso los gases a una potente carga eléctrica, lo que generó un polvo rico en carbono que se asemeja al material que flota en el espacio interestelar y que se encuentra en cometas, asteroides y meteoritos.

Los hallazgos fueron publicados en The Astrophysical Journal of the American Astronomical Society.

Polvo cósmico con elementos esenciales para la vida

El polvo de laboratorio contiene combinaciones complejas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Juntos, estos elementos forman las moléculas conocidas como CHON, presentes en muchas sustancias orgánicas consideradas importantes para la vida.

"Ya no tenemos que esperar a que un asteroide o un cometa lleguen a la Tierra para entender sus historias", afirmó Losurdo. "Se pueden construir entornos análogos en el laboratorio y reconstruir su estructura utilizando las huellas dactilares infrarrojas".

"Esto puede darnos una gran visión sobre cómo el 'polvo cósmico carbonáceo' puede formarse en el plasma expulsado por estrellas gigantes y viejas o en guarderías cósmicas donde se están formando estrellas, distribuyendo estas fascinantes moléculas que podrían ser vitales para la vida".

En el espacio, el polvo cósmico se desarrolla bajo condiciones extremas. Las moléculas son golpeadas repetidamente por iones y electrones, lo que desencadena reacciones químicas que pueden crear materiales cada vez más complejos.

Los astrónomos identifican diferentes tipos de polvo cósmico al estudiar la luz infrarroja que emiten. Estas señales actúan como huellas dactilares moleculares, permitiendo a los investigadores determinar la estructura química del material.

Las muestras de laboratorio de Losurdo produjeron las mismas firmas infrarrojas distintivas observadas en el espacio. Esta coincidencia indica que el experimento reproduce de cerca los procesos que se cree ocurren en entornos cósmicos reales.

Rastreando los orígenes de los bloques de construcción de la vida

Cómo comenzó la vida en la Tierra sigue siendo una de las grandes preguntas sin respuesta de la ciencia. Los investigadores continúan indagando si las primeras moléculas orgánicas se formaron en el joven planeta, llegaron a bordo de cometas y meteoritos, fueron entregadas mientras el sistema solar aún se estaba formando o resultaron de una combinación de estas posibilidades.

Desde hace aproximadamente 4.56 hasta 3.5 mil millones de años, meteoritos, micrometeoritos y partículas de polvo interplanetario de asteroides y cometas golpearon repetidamente la Tierra. Los científicos creen que estos objetos llevaron enormes cantidades de material orgánico a la superficie.

Sin embargo, aún se desconoce dónde se formó originalmente ese material y qué procesos lo crearon.

"El carbono e hidrógeno unidos covalentemente en el material de cometas y asteroides se cree que se formaron en las envolturas exteriores de las estrellas, en eventos de alta energía como supernovas, y en entornos interestelares", explicó Losurdo.

"Lo que estamos tratando de entender son las vías químicas específicas y las condiciones que incorporan todos los elementos CHON en las complejas estructuras orgánicas que vemos en el polvo cósmico y los meteoritos".

Recreando el espacio dentro de tubos de vidrio

Losurdo realizó el experimento junto a su supervisor, el Profesor David McKenzie. Los investigadores primero utilizaron una bomba de vacío para eliminar el aire de los tubos de vidrio, produciendo condiciones que aproximan la casi vacuidad del espacio.

Luego, llenaron los tubos con nitrógeno, dióxido de carbono y acetileno. Durante aproximadamente una hora, la mezcla de gases fue sometida a un potencial eléctrico de alrededor de 10,000 voltios, creando una forma de plasma llamada descarga de brillo.

La intensa energía separó las moléculas originales. Sus componentes luego se recombinaron en estructuras químicas más grandes y complejas.

Con el tiempo, el nuevo material formado se asentó en chips de silicio colocados dentro de los tubos, dejando una delgada capa de polvo. En algunas muestras, las partículas recolectadas se asemejaban a fragmentos brillantes de material cósmico.

McKenzie, coautor del estudio, afirmó que producir este polvo en la Tierra brinda a los científicos acceso a condiciones que no se pueden examinar fácilmente directamente en el espacio.

"Al hacer polvo cósmico en el laboratorio, podemos explorar la intensidad de los impactos iónicos y las temperaturas involucradas cuando el polvo se forma en el espacio", dijo el Profesor McKenzie. "Eso es importante si se quiere entender los entornos dentro de las nubes de polvo cósmico, donde se cree que ocurre la química relevante para la vida".

"Esto también nos ayuda a interpretar lo que un meteorito o fragmento de asteroide ha atravesado a lo largo de su vida. Su firma química conserva un registro de su viaje, y experimentos como este nos ayudan a aprender a leer ese registro".

Construyendo una biblioteca de huellas dactilares para astrónomos

La investigación podría hacer más que aclarar cómo se formaron las moléculas relacionadas con la vida. El equipo también planea reunir una base de datos detallada de huellas dactilares infrarrojas producidas por diferentes tipos de polvo cósmico fabricado en laboratorio.

Los astrónomos podrían comparar esas firmas con observaciones de regiones de formación estelar y los restos de estrellas muertas. Una señal coincidente podría revelar dónde se producen ciertas formas de polvo y ayudar a los investigadores a reconstruir los procesos físicos y químicos que ocurren allí.

La base de datos también podría mejorar la capacidad de los científicos para interpretar la historia registrada dentro de meteoritos y fragmentos de asteroides. Su química puede preservar evidencia de las temperaturas, radiación e impactos de partículas que experimentaron durante sus viajes por el espacio.

Al reproducir la química cósmica en el laboratorio, el estudio brinda a los investigadores una nueva forma de investigar los procesos que ocurren en lo profundo de los entornos estelares. También puede iluminar algunos de los antiguos pasos químicos que eventualmente contribuyeron a la aparición de la vida en la Tierra.

Losurdo recibió el premio a la mejor presentación por esta investigación en la reunión anual internacional de la Meteoritical Society a finales del año pasado.

Los autores informaron no tener intereses en conflicto. Agradecieron el apoyo de la Universidad de Sídney y el trabajo recibió financiación del Consejo de Investigación de Australia.

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