Saturno, el planeta anillado, tiene 62 lunas orbitando a su alrededor. La más grande de ellas es Titán, un misterioso satélite con su propia atmósfera, que además es densa y rica en nitrógeno. Pero también en hidrocarburos. El debate sobre la formación de esta atmósfera llena de diferentes compuestos siempre ha estado sobre la mesa, pero este lunes se publica en Nature Astronomy un estudio con nuevas pistas sobre el origen de la bruma atmosférica que envuelve la luna del gigante gaseoso y una posible relación con compuestos orgánicos complejos precursores de la vida.
El estudio está codirigido por Ralf Kaiser, de la Universidad de Hawái en Manoa y cuenta también con la participación de científicos de la División de Ciencias Químicas en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía; la Universidad de Samara (Rusia) y la Universidad Internacional de Florida.
La bruma de Titán, a estudio
La colaboración entre Estados Unidos y Rusia ha dado un resultado inesperado sobre la bruma que envuelve Titán: el estudio va en contra de las teorías que había hasta ahora. Estas decían que se necesitaban reacciones a altas temperaturas para producir la composición química detectada en esta luna. ¿Qué significa esto? Hasta el momento, se ha explicado la bruma naranja-marrón de Titán mediante procesos químicos que se dan a altas temperaturas.
Los investigadores del estudio se han centrado en un mecanismo químico que puede impulsar la formación de moléculas de hidrocarburos de múltiples anillos (también conocidos como hidrocarburos aromáticos policíclicos o HAP, por sus siglas), un tipo de compuestos orgánicos complejos a baja temperatura y, de esta forma, que sí se pueda crear la capa de bruma que cubre Titán.
La manera de reconocer a Titán a golpe de vista es debido a su color naranja-marrón. Este tipo de color se debe, principalmente, a que la bruma que envuelve el satélite contiene partículas de aerosol. Pero para que el aerosol se forme se necesita de un compuesto orgánico mucho más simple: el benceno, un hidrocarburo de un solo anillo con seis carbonos. Y el benceno ha sido detectado en Titán. Los investigadores creen que se trata de un bloque de construcción para realizar compuestos orgánicos mucho más complejos, como otros hidrocarburos o las partículas de aerosol que se sabe que están en la atmósfera porque le da su color característico.
Los investigadores usaron dos gases que se cree que existen en la atmósfera de Titán por estudios anteriores, entre ellos los realizados por Cassini: el naftilo, un tipo de HAP, y el vinilacetileno, un hidrocarburo. Esta reacción dio como resultado dos HAP, según las mediciones de un espectrómetro de masas, el fenantreno y el antraceno. Mientras tanto, otra parte de los investigadores usaron un simulador en el que añadieron a esa reacción luz ultravioleta, que atraviesa la atmósfera de Titán, y según este programa se demuestra que dicha reacción "no requiere altas temperaturas", según señala la nota de prensa de la investigación.
En el estudio se proporcionan "pruebas de una vía de reacción a baja temperatura que no se había pensado", explica en una nota de prensa Musahid Ahmed, científico de la División de Ciencias Químicas del Laboratorio de Berkeley y el otro líder del estudio. "Esto da lugar a un eslabón perdido en la química de Titán". Este satélite puede proporcionar pistas sobre cómo se ha desarrollado la química compleja en otros planetas, incluida la Tierra, u otras lunas. "La gente usa Titán para pensar en una Tierra prebiótica, cuando el nitrógeno era más frecuente en la atmósfera de la Tierra primitiva", añade.
Alexander M. Mebel, profesor de química en la Universidad Internacional de Florida y otro de los líderes del estudio, realizó cálculos que mostraron cómo los reactivos pueden unirse naturalmente y formar nuevos compuestos a temperaturas muy bajas: "Demostramos que no necesita ninguna energía para impulsar la reacción del naftilo y el vinilacetileno, por lo que la reacción debería ser eficiente incluso en las condiciones atmosféricas de baja temperatura y baja presión en Titán", explicó el investigador a través de una nota de prensa.
Los HAP, precursores de la vida
Ahora ya sabemos que podría haber HAP en Titán. Sin embargo, los HAP tiene propiedades que los hacen difíciles de identificar en el espacio profundo, según señala Kaiser: "De hecho, no se ha detectado ningún HAP individual en la fase gaseosa del medio interestelar", que es el material que llena el espacio entre las estrellas. Sin embargo, este estudio “demuestra que los HAP están más extendidos de lo previsto, porque no requieren de altas temperaturas que están presentes alrededor de las estrellas de carbono. Se predice que este mecanismo es versátil y se espera que conduzca a la formación de, incluso, HAP más complejos", añade.
Pero la importancia de este descubrimiento no queda aquí: los HAP también son considerados los precursores de las moléculas orgánicas más complejas y, por tanto, de la vida tal y como la conocemos. "Esto podría abrir teorías y nuevos modelos de cómo el material con carbono en el espacio profundo y en las ricas atmósferas de los planetas y sus lunas en nuestro sistema solar evolucionan y se originan", explicó Kaiser.
El grupo de científicos sugiere que su estudio se tome en cuenta "para una investigación justificada de la química orgánica a baja temperatura de los HAP en la atmósfera de Titán para que pueda surgir una imagen completa de los procesos generales involucrados en la química de la atmósfera de la luna", concluyen en la investigación.