A frase de Carl Sagan de que “somos feitos de matéria estelar” resume uma parte fundamental da nossa história cósmica. Muitos dos elementos presentes nas rochas, nos oceanos e nos organismos vivos foram produzidos por gerações anteriores de estrelas. Mas existe uma longa história química entre a formação desses elementos e sua incorporação a planetas e, eventualmente, à vida.
Parte dessa história pode ser investigada nas nuvens de gás e poeira onde novas estrelas estão nascendo. Embora estejam muito distantes para que possamos coletar amostras diretamente, as moléculas presentes nessas regiões deixam assinaturas na radiação que chega até a Terra.
É dessa maneira que a astroquímica consegue transformar regiões de formação estelar em verdadeiros laboratórios naturais.
Uma dessas regiões é Orion KL, localizada dentro do complexo da Nebulosa de Órion, a aproximadamente 1.300 anos-luz do Sistema Solar. Trata-se da região de formação de estrelas de alta massa mais próxima de nós e, por isso, tornou-se um importante alvo para investigar a química associada ao nascimento estelar.
As condições encontradas nesses ambientes são muito diferentes das existentes na Terra. Nuvens moleculares podem começar com temperaturas próximas de 10 Kelvin, cerca de -263 °C, e densidades extremamente baixas. Conforme determinadas regiões da nuvem entram em colapso e estrelas começam a se formar, tanto a densidade quanto a temperatura aumentam.
É nesse ambiente em transformação que átomos e moléculas participam de uma extensa rede de reações químicas.
Observar essa química, entretanto, exige instrumentos capazes de enxergar além da luz visível.
Moléculas podem emitir radiação em frequências específicas quando passam por mudanças em seus estados de rotação e vibração. Essas frequências funcionam como uma espécie de impressão digital, permitindo que os pesquisadores identifiquem quais moléculas estão presentes mesmo sem chegar fisicamente perto da nuvem.
A intensidade relativa desses sinais também carrega informações. A partir dela, é possível estimar propriedades como a abundância das moléculas e as condições físicas do gás.
Ao repetir essas medições em diferentes pontos de uma região de formação estelar, os astrônomos constroem mapas químicos. Em vez de simplesmente determinar que determinada molécula existe em uma nebulosa, eles conseguem observar onde ela está concentrada e como sua distribuição se relaciona com temperatura, densidade e outros processos presentes naquele ambiente.
Para alcançar escalas cada vez menores, entram em cena os radiointerferômetros.
Um dos principais instrumentos utilizados nesse tipo de pesquisa é o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, o ALMA, instalado no norte do Chile.
O observatório possui 66 antenas, que podem trabalhar de maneira coordenada. A técnica de interferometria combina os sinais recebidos por diferentes antenas e proporciona uma capacidade de resolução muito superior à que seria obtida por uma única antena de dimensões convencionais.
Essa precisão permite estudar estruturas muito menores dentro de regiões como Orion KL e comparar a distribuição de diferentes moléculas em escalas próximas às de sistemas planetários em formação.
É justamente essa capacidade que vem sendo utilizada para investigar não apenas quais moléculas existem, mas o que elas podem revelar sobre processos que não são diretamente observáveis.
Mapas moleculares de Orion KL já foram utilizados para investigar como diferentes partes da região estão sendo aquecidas.
Dependendo da distribuição da temperatura e das moléculas, os pesquisadores podem procurar evidências de aquecimento provocado internamente, por uma jovem estrela em formação, ou externamente, por processos como ondas de choque produzidas pela atividade de estrelas próximas.
O metanol é uma das moléculas utilizadas nessas investigações.
Estudos anteriores encontraram diferenças inesperadas na distribuição de diferentes formas de metanol em Orion KL. Em determinada região, sua abundância não correspondia ao que seria esperado considerando apenas a temperatura medida.
A discrepância levantou uma possibilidade interessante: poderia existir uma jovem estrela escondida naquela parte da nebulosa, invisível diretamente devido ao material que a envolve.
Esse tipo de resultado mostra como a química pode revelar estruturas e processos que os telescópios não conseguem observar diretamente.
Um estudo mais recente voltou aos mapas de metanol para verificar se os resultados permaneceriam os mesmos quando analisados com outro conjunto de observações do ALMA.
A equipe refez a análise e encontrou mapas consistentes com os obtidos anteriormente. Algumas diferenças apareceram devido às melhorias realizadas nos métodos computacionais, mas as principais conclusões permaneceram.
Esse resultado não apresenta uma nova molécula nem um fenômeno desconhecido. Sua importância está em outro ponto: testar se o método utilizado para mapear a química dessas regiões é reproduzível.
Essa verificação é especialmente importante à medida que os instrumentos e as técnicas de análise se tornam mais precisos. Se resultados obtidos a partir de diferentes conjuntos de dados convergem para as mesmas conclusões, aumenta a confiança de que os padrões químicos observados representam características reais da região estudada.
Com radiotelescópios cada vez mais sensíveis, os pesquisadores poderão ampliar esses mapas e acompanhar com maior precisão como a química muda durante o nascimento das estrelas.
Assim, regiões localizadas a milhares de trilhões de quilômetros da Terra podem ajudar a reconstruir uma etapa essencial da nossa própria história: como elementos produzidos pelas estrelas participam de uma química cada vez mais complexa no espaço e acabam incorporados à matéria que dará origem a novos sistemas planetários.
Sobre a Imagem: ALMA, um poderoso radiotelescópio no Deserto do Atacama, no Chile. Créditos da Imagem: JF Salgado (ESO) , CC BY
Link do Estudo: https://pubs.acs.org/aesccq/article/10/4/1075/5148770/Robustness-of-Pixel-by-Pixel-Column-Density-and