METANOL PESADO, POR FIN DETECTADO EN EL ESPACIO
El deuterio es el isótopo pesado del hidrógeno. En nuestra galaxia hay unos 1,6 átomos de deuterio por cada 100.000 átomos de hidrógeno. Sin embargo, en los núcleos fríos y densos de las nubes moleculares, donde nacen las estrellas, las moléculas que contienen deuterio pueden ser varios órdenes de magnitud más abundantes de lo que sugiere esa proporción. A temperaturas tan bajas, unas pocas reacciones clave canalizan sin cesar el deuterio hacia las moléculas, y el efecto crece con el tiempo. Así, la cantidad de deuterio de una molécula puede dar pistas sobre cuándo y dónde se formó.
La molécula compleja más común
El metanol (CH₃OH) es la «molécula orgánica compleja» —moléculas con carbono de seis átomos o más— más abundante en las regiones donde se forman estrellas. Se forma sobre todo en las capas de hielo de los granos de polvo durante la fase fría previa al encendido de una estrella, y es un paso intermedio hacia moléculas más complejas.
El metanol tiene cuatro átomos de hidrógeno: tres en su extremo del carbono y uno en su extremo del oxígeno. Ya se habían detectado en el espacio versiones con uno, dos o tres átomos de deuterio en el lado del carbono. La forma totalmente deuterada, CD₃OD, en la que los cuatro son deuterio, solo se había insinuado. Desde 2023 existen predicciones de laboratorio de su firma de radio.
Diez líneas de IRAS4A2
A. Belloche, del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn, y colegas de Europa, Estados Unidos y Asia utilizaron COMPASS, un gran estudio realizado con la red de radiotelescopios ALMA sobre once estrellas jóvenes de baja masa con «hot corinos»: zonas cálidas y compactas donde las moléculas heladas se evaporan y brillan en longitudes de onda de radio. Se centraron en IRAS4A2, una de las estrellas de una pareja situada en la nube NGC 1333, a 290 pársecs. Es también donde se identificó por primera vez amoníaco totalmente deuterado alrededor de una estrella joven.
Barriendo las frecuencias del cielo entre 279 y 312 gigahercios, el equipo modelizó la emisión del metanol y de todas sus variantes a una temperatura de unos 200 kelvin. Aparecieron todas las variantes de metanol con una huella de radio pública. Entre ellas, CD₃OD, con diez líneas claramente detectadas. Es la primera detección sólida de metanol totalmente deuterado en el espacio y, señalan los autores, la primera identificación de cualquier molécula con cuatro átomos de deuterio en el medio interestelar. Representa aproximadamente 4 partes de cada 10.000 del metanol allí presente.
Metanol que se esconde
Con ello llegó un enigma. Comparado con sus raras versiones de carbono 13 y oxígeno 18, el metanol ordinario parecía demasiado escaso —entre 7 y 11 veces menos de lo esperado—, mientras que las versiones raras sí cuadraban entre sí. Los autores concluyen que la cantidad de metanol ordinario probablemente está subestimada, quizá porque su emisión procede de grumos y no de una nube uniforme. Por eso usaron las versiones raras como sustitutas para calcular las proporciones de deuterio.
El deuterio se acumula más allá del azar
Si el deuterio sustituyera al hidrógeno simplemente al azar con una probabilidad fija, cada variante apuntaría a la misma proporción de deuterio respecto al hidrógeno. En cambio, la proporción deducida aumenta con el número de átomos de deuterio: alrededor del 1 % para las formas con un deuterio, del 9 al 23 % para las que tienen dos y tres, y en torno al 41 % al comparar CD₃OD con CH₃OD. El patrón de IRAS4A2 es casi idéntico al de otra estrella joven, BHR71-IRS1, y parecido al de otras protoestrellas de baja masa.
Los modelos fallan en el extremo pesado
El equipo comparó estas proporciones con cinco modelos químicos publicados que describen cómo se acumulan el metanol y sus formas deuteradas. Todos subestiman las formas con varios deuterios, normalmente en uno o dos órdenes de magnitud y, para CD₃OD en uno de los modelos, en unos cinco órdenes de magnitud. El veredicto de los autores: a los modelos actuales les falta un ingrediente clave que favorezca el metanol muy deuterado.
La detección también permite una predicción. Las dos variantes restantes, CH₂DOD y CHD₂OD, deberían ser fáciles de localizar en IRAS4A2 en cuanto los espectroscopistas de laboratorio proporcionen sus firmas de radio. Una observación más nítida, con mayor resolución angular, también podría revelar si el metanol se encuentra realmente en grumos.