El ciclopropenilideno o C3H2: la molécula extraña

Científicos de la NASA identificaron una molécula en la atmósfera de Titán que nunca se había detectado en ninguna otra atmósfera. De hecho, es probable que muchos químicos apenas hayan oído hablar de él o sepan cómo pronunciarlo: ciclopropenilideno o C3H2. Los científicos dicen que esta simple molécula basada en carbono puede ser un precursor de compuestos más complejos que podrían formar o alimentar una posible vida en Titán.

Los investigadores encontraron C3H2 utilizando un observatorio de radiotelescopio en el norte de Chile conocido como Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Detectaron C3H2, que está hecho de carbono e hidrógeno, mientras examinaban un espectro de firmas de luz únicas recolectadas por el telescopio. Estos revelaron la composición química de la atmósfera de Titán por la energía que sus moléculas emitían o absorbían.

"Cuando me di cuenta de que estaba mirando ciclopropenilideno, lo primero que pensé fue, bueno, esto es realmente inesperado", dijo Conor Nixon, científico planetario del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió la búsqueda de ALMA.

Aunque los científicos han encontrado C3H2 en bolsas de toda la galaxia, encontrarlo en la atmósfera fue una sorpresa. Esto se debe a que el ciclopropenilideno puede reaccionar fácilmente con otras moléculas con las que entra en contacto y formar diferentes especies. Hasta ahora, los astrónomos han encontrado C3H2 solo en nubes de gas y polvo que flotan entre sistemas estelares; en otras palabras, regiones demasiado frías y difusas para facilitar muchas reacciones químicas.

Pero las atmósferas densas como la de Titán son colmenas de actividad química. Esa es una de las principales razones por las que los científicos están interesados en esta luna, que es el destino de la próxima misión Dragonfly de la NASA. El equipo de Nixon pudo identificar pequeñas cantidades de C3H2 en Titán probablemente porque estaban mirando en las capas superiores de la atmósfera de la luna, donde hay menos otros gases con los que el C3H2 interactúe. Los científicos aún no saben por qué el ciclopropenilideno aparecería en la atmósfera de Titán pero no en otra atmósfera. "Titán es único en nuestro sistema solar," dijo Nixon. "Ha demostrado ser un tesoro de nuevas moléculas."

Titán, la más grande de las 62 lunas de Saturno, es un mundo intrigante que, en cierto modo, es el más similar a la Tierra que hemos encontrado. A diferencia de cualquier otra luna del sistema solar (hay más de 200), Titán tiene una atmósfera densa que es cuatro veces más densa que la de la Tierra, además de nubes, lluvia, lagos y ríos, e incluso un océano subterráneo de agua salada.

Detección del ciclopropenilideno en la atmósfera de Titán

La atmósfera de Titán está compuesta principalmente de nitrógeno, como la de la Tierra, con un toque de metano. Cuando las moléculas de metano y nitrógeno se rompen bajo el resplandor del Sol, los átomos que los componen desencadenan una compleja red de química orgánica que ha cautivado a los científicos y ha llevado a esta luna a la cima de la lista de los objetivos más importantes en la búsqueda de vida de la NASA en el presente o en el pasado del sistema solar.

"Estamos tratando de averiguar si Titán es habitable", dijo Rosaly Lopes, investigadora científica senior y experta en Titán del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California. "Así que queremos saber qué compuestos de la atmósfera llegan a la superficie y luego, si ese material puede atravesar la corteza de hielo hasta el océano, porque creemos que el océano es donde están las condiciones habitables".

Los tipos de moléculas que podrían estar asentadas en la superficie de Titán podrían ser las mismas que formaron los componentes básicos de la vida en la Tierra. Al principio de su historia, hace 3.800 a 2.500 millones de años, cuando el metano llenaba el aire de la Tierra en lugar de oxígeno, las condiciones aquí podrían haber sido similares a las de Titán actual, sospechan los científicos.

“Pensamos en Titán como un laboratorio de la vida real en el que podemos ver una química similar a la de la Tierra antigua cuando la vida se estaba afianzando aquí”, dijo Melissa Trainer, astrobióloga de Goddard de la NASA. Trainer es la investigadora principal adjunta de la misión Dragonfly y líder de un instrumento en el helicóptero Dragonfly que analizará la composición de la superficie de Titán.

“Buscaremos moléculas más grandes que el C3H2”, dijo Trainer, “pero necesitamos saber qué está sucediendo en la atmósfera para comprender las reacciones químicas que llevan a la formación de moléculas orgánicas complejas y la lluvia hacia la superficie".

El ciclopropenilideno es la única otra molécula "cíclica" o de circuito cerrado, además del benceno, que se ha encontrado en la atmósfera de Titán hasta ahora. Aunque no se sabe que el C3H2 se utilice en reacciones biológicas modernas, las moléculas de circuito cerrado como esta son importantes porque forman los anillos de la columna vertebral de las nucleobases del ADN, la compleja estructura química que lleva el código genético de la vida y el ARN, otro compuesto crítico para las funciones de la vida. "La naturaleza cíclica de ellos abre esta rama adicional de la química que le permite construir estas moléculas biológicamente importantes," dijo Alexander Thelen, un astrobiólogo de Goddard que trabajó con Nixon para encontrar C3H2.

Científicos como Thelen y Nixon están usando telescopios terrestres grandes y altamente sensibles para buscar las moléculas de carbono relacionadas con la vida más simples que pueden encontrar en la atmósfera de Titán. Se consideraba que el benceno era la unidad más pequeña de moléculas de hidrocarburo anilladas y complejas que se encuentran en cualquier atmósfera planetaria. Pero ahora, el C3H2, con la mitad de los átomos de carbono del benceno, parece haber ocupado su lugar.

El equipo de Nixon utilizó el observatorio ALMA para observar Titán en 2016. Se sorprendieron al encontrar una extraña huella química, que Nixon identificó como ciclopropenilideno al buscar en una base de datos de todas las firmas de luz molecular conocidas.

Para verificar que los investigadores realmente estaban viendo este compuesto inusual, Nixon examinó minuciosamente los trabajos de investigación publicados a partir de análisis de datos de la nave espacial Cassini de la NASA, que realizó 127 sobrevuelos cercanos a Titán entre 2004 y 2017. Quería ver si un instrumento en la nave espacial que olfateó los compuestos químicos alrededor de Saturno y Titán podría confirmar su nuevo resultado. (El instrumento, llamado espectrómetro de masas, detectó indicios de muchas moléculas misteriosas en Titán que los científicos aún están tratando de identificar). De hecho, Cassini había descubierto evidencias de una versión cargada eléctricamente de la misma molécula, C3H3 +.

Dado que es un hallazgo poco común, los científicos están tratando de aprender más sobre el ciclopropenilideno y cómo podría interactuar con los gases en la atmósfera de Titán.

"Es una pequeña molécula muy extraña, por lo que no será del tipo que se aprende en la química de la escuela secundaria o incluso en la química de pregrado", dijo Michael Malaska, un científico planetario del JPL que trabajó en la industria farmacéutica antes de enamorarse de Titán y cambiar carreras para estudiarlo. "Aquí abajo en la Tierra, no será algo con lo que te vas a encontrar".

Pero, dijo Malaska, encontrar moléculas como C3H2 es realmente importante para ver el panorama general de Titán: "Cada pequeña pieza y parte que puedas descubrir puede ayudarte a armar el enorme rompecabezas de todas las cosas que suceden allí".

27/10/2020

La NASA en Español