Astrónomos encontraron un ingrediente clave para la vida en los bordes de la galaxia

Astrónomos de la Universidad de Arizona han descubierto exceso de fósforo, un ingrediente crítico para la vida tal como la conocemos, en un lugar inesperado: las afueras de la Vía Láctea.

Según la sabiduría popular, el elemento se produce mediante procesos de fusión dentro de estrellas muy masivas, que no se cree que existan en los confines de nuestra propia galaxia. Otros elementos menos pesados, necesarios para la vida, como el carbono, el oxígeno y el nitrógeno, pueden formarse en estrellas de menor masa, que son mucho más abundantes. Cuando esas estrellas llegan al final de su vida, liberan esos elementos con relativa calma en el medio interestelar.

“Pero para producir fósforo, se necesita algún tipo de evento violento. Se cree que el fósforo se crea en las explosiones de supernovas y para ello se necesita una estrella que tenga al menos 20 veces la masa del sol”, explicó Lucy Ziurys, profesora Regents de química, bioquímica y astronomía y astrónoma del Observatorio Steward.

Cuando una estrella se convierte en supernova, derrama sus entrañas en el espacio circundante, incluidos los elementos que formaron los componentes básicos de la vida en nuestro Sistema Solar. “En otras palabras, si vas a tener vida, será mejor que estés cerca de una supernova, si esa es realmente la única fuente donde se crea fósforo”, dijo Ziurys.

El estudio, publicado en Nature, cuestiona la sabiduría convencional de que la única forma que tiene la naturaleza de producir fósforo es mediante explosiones de supernovas. “El fósforo que detectamos está en el borde de la galaxia, donde no debería estar Y eso significa que tiene que haber alguna otra forma de crear fósforo”, dijo Lilia Koelemay, estudiante de doctorado en química y primera autora del artículo.

Uno de esos mecanismos que se había propuesto en el pasado invoca “fuentes galácticas” que elevan fósforo desde los confines internos de la Vía Láctea muy por encima del plano de la galaxia y lo arrojan de regreso al disco más alejado. Sin embargo, la evidencia de tales fuentes sigue siendo escasa, e incluso si existieran, Koelemay dice que sería poco probable que alcancen más de un kiloparsec aproximadamente, o unos 3.260 años luz.

“Incluso entonces, el material tardaría tanto en volver a caer en la galaxia que probablemente no habría formado las moléculas que estábamos viendo”, añadió. Entonces, si las supernovas no pueden explicar la presencia de fósforo en los bordes de la galaxia, ¿cómo llegó allí?

Según una teoría, dijo Ziurys, las estrellas de masa baja e intermedia pueden generar un exceso de neutrones al separarlos de los átomos de carbono durante el final de su ciclo de vida y acumularlos en bolsas entre sus capas que queman hidrógeno y helio. Agregar esos neutrones a los átomos de silicio daría como resultado fósforo.

“Esto se ha postulado en teoría, por lo que posiblemente podría explicar otra fuente de fósforo además de las supernovas, y creo que ahora tenemos buena evidencia que respalda esto”, dijo Ziurys. Koelemay y su coautora, la estudiante de doctorado en química Katherine Gold, utilizaron el radiotelescopio de 12 metros del Radio Observatorio de Arizona en Kitt Peak y un radiotelescopio de 30 metros cerca de Granada, España, operado por el Instituto de Radioastronomía en el Milimetro Rango o IRAM.

Sus observaciones detectaron firmas reveladoras de fósforo (específicamente monóxido de fósforo y nitruro de fósforo) en una nube molecular llamada WB89-621. Situado a casi 74.000 años luz del centro de la Vía Láctea, el descubrimiento extiende la presencia de fósforo casi el doble de donde se sabía que existía. Debido a que la materia se vuelve más escasa cuanto más nos alejamos del centro de la galaxia, los confines exteriores simplemente no tienen suficiente masa para sustentar la formación de estrellas lo suficientemente grandes como para terminar sus vidas como supernovas.

El proyecto comenzó con una tarea: Koelemay y Gold tomaron un curso de astroquímica que imparte Ziurys, y ella los animó a escanear la nube en busca de moléculas que contengan fósforo, admitiendo que podría ser una posibilidad remota. Como parte de la tarea, los estudiantes escribieron una propuesta para solicitar tiempo de observación en el telescopio IRAM, que muy rara vez se concede a instituciones fuera de los miembros europeos de IRAM. Su petición fue concedida y ambos viajaron a España para formarse en el instrumento. “Supongo que nuestra tarea fue suficiente para ellos”, indicó Koelemay.

El descubrimiento de fósforo tiene implicaciones directas para la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas que puedan ser similares a la Tierra y capaces de sustentar vida, dicen los investigadores, señalando los llamados elementos NCHOPS, que constituyen los ingredientes críticos de la vida en la Tierra: nitrógeno, carbono, hidrógeno, oxígeno, fósforo y azufre.

“Para que un planeta sea habitable para la vida tal como la conocemos, es necesario tener todos los elementos NCHOPS, y su presencia define la zona habitable galáctica. Con nuestro descubrimiento del fósforo, ahora se han encontrado todos ellos en el borde de la galaxia, lo que extiende la zona habitable hasta las afueras de la galaxia”, precisó Ziurys.

Según Gold, el fósforo es especialmente importante en la búsqueda de planetas similares a la Tierra, porque los minerales que contienen fósforo son importantes para los planetas similares a la Tierra con superficies sólidas. “Los exoplanetas en la galaxia exterior no han sido completamente considerados en la búsqueda de vida debido a una supuesta escasez de fósforo. Esperamos que la detección de fósforo en el borde de la galaxia pueda motivar el estudio de exoplanetas distantes”, dijo Gold.

Según Koelemay, el fósforo es un elemento “sorprendente”. “Es muy importante en las moléculas biológicas, pero realmente no sabemos mucho al respecto”, precisó.

A continuación, el equipo planea escanear otras nubes moleculares en los confines de la Vía Láctea en busca de fósforo. Encontrarlo en otro lugar reforzaría el argumento de que la historia de los libros de texto sobre cómo el fósforo llega desde las fábricas de estrellas hasta las superficies de los planetas y hasta la columna vertebral de una molécula universal que define la vida en la Tierra, puede necesitar una actualización.

“Ahora que nos hemos entrenado en el telescopio IRAM, podemos observar de forma remota”, dijo Gold, explicando que ya ha comenzado a observar en algunos otros proyectos. “Estoy seguro de que habrá más artículos provenientes de esos proyectos”.