Lista di molecole del mezzo interstellare

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Le molecole elencate di seguito sono state rilevate mediante spettroscopia. Le loro caratteristiche spettrali sono generate da transizioni di elettroni tra diversi livelli di energia, o da spettri rotazionali o vibrazionali. Il rilevamento di solito si verifica mediante analisi delle onde radio, microonde o suddivisioni a infrarossi dello spettro.[1]

Le molecole interstellari sono formate da reazioni chimiche all'interno di nubi interstellari o circumstellari sparse di polvere e gas. Solitamente questo si verifica quando una molecola diventa ionizzata, talvolta a seguito di un'interazione con un raggio cosmico .Questa molecola carica positivamente attira quindi un reagente vicino mediante attrazione elettrostatica degli elettroni della molecola neutra. Le molecole possono anche essere generate da reazioni tra atomi neutri e molecole, sebbene questo processo sia generalmente più lento.[2] La polvere svolge un ruolo fondamentale di schermatura delle molecole dall'effetto ionizzante delle radiazioni ultraviolette emesse dalle stelle.[3]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

La chimica della vita potrebbe essere iniziata poco dopo il Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa, durante un'epoca abitabile in cui l'Universo aveva solo 10-17 milioni di anni.[4]

La prima molecola contenente carbonio rilevata nel mezzo interstellare è stata il radicale metilidinico (CH•) nel 1937.[5] Dai primi anni '70 stava diventando evidente che la polvere interstellare consisteva in un grande insieme di molecole organiche più complesse,[6] probabilmente polimeri. L'astronomo Chandra Wickramasinghe propose l'esistenza di una composizione polimerica basata sulla molecola formaldeide (H2CO).[7] Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe proposero in seguito l'identificazione di composti aromatici biciclici da un'analisi dell'assorbimento dell'estinzione ultravioletta a 2175 Å,[8] dimostrando così l'esistenza di molecole di idrocarburi policiclici aromatici nello spazio.

Nel 2004, gli scienziati riportarono[9] la rilevazione delle firme spettrali di antracene e pirene nella luce ultravioletta emessa dalla nebulosa Rettangolo Rosso (nessun'altra molecola così complessa era mai stata rilevata in precedenza nello spazio). Questa scoperta è stata considerata una conferma di un'ipotesi secondo la quale le nebulose dello stesso tipo di quella del Rettangolo Rosso sono prossime alla fine della loro vita, le correnti di convezione fanno sì che carbonio e idrogeno nel nucleo delle nebulose siano catturati dai venti stellari e si irradino verso l'esterno.[10] Mentre si raffreddano, gli atomi si legano apparentemente l'un l'altro in vari modi e alla fine formano particelle di un milione o più atomi. Gli scienziati hanno dedotto[9] che da quando hanno scoperto gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) - che possono essere stati fondamentali nella formazione dei primi anni di vita sulla Terra - in una nebulosa, per necessità devono originarsi nelle nebulose.[10]

Nel 2010, fullereni (o buckyballs) sono stati rilevati nelle nebulose.[11] I fullereni sono stati implicati nell'origine della vita; secondo l'astronomo Letizia Stanghellini, "È possibile che le buckyballs dallo spazio esterno abbiano fornito i semi per la vita sulla Terra."[12]

Nell'ottobre 2011, gli scienziati hanno scoperto mediante spettroscopia che la polvere cosmica contiene composti organici complessi (in particolare solidi organici amorfi con una struttura aromatica-alifatica mista) che potrebbero essere stati creati naturalmente e rapidamente dalle stelle.[13][14] I composti sono così complessi che le loro strutture chimiche assomigliano alla composizione di carbone e petrolio; in precedenza si pensava che tale complessità chimica avesse luogo solo in organismi viventi.[13] Queste osservazioni suggerirebbero che i composti organici introdotti sulla Terra da particelle di polvere interstellare potrebbero servire come ingredienti base per la vita grazie alle proprie attività catalitiche superficiali.[15]

Nell'agosto 2012, gli astronomi dell'Università di Copenaghen hanno segnalato la rilevazione in un sistema stellare distante di una specifica molecola di glucide, la glicolaldeide. La molecola è stata trovata intorno al sistema binario protostellare IRAS 16293-2422, distante 400 anni luce dalla Terra.[16] La glicolaldeide è necessaria per formare l'acido ribonucleico, o RNA, che è simile in funzione al DNA. Questa scoperta suggerisce che molecole organiche complesse possono formarsi in sistemi stellari prima della formazione dei pianeti, arrivando successivamente su pianeti giovani all'inizio della loro formazione.[17]

Nel settembre 2012, scienziati della NASA hanno riferito che gli IPA, sottoposti a condizioni di mezzo interstellare (ISM) , vengono trasformati, attraverso idrogenazione, ossigenazione e idrossilazione, a sostanze organiche più complesse; ciò rappresenterebbe un ulteriore passo lungo il percorso verso la formazione di aminoacidi e nucleotidi, che sono rispettivamente le materie prime di proteine e DNA.[18][19] Inoltre, a seguito di queste trasformazioni, gli IPA perdono la loro firma spettroscopica e questa potrebbe essere una delle ragioni "per la mancanza di rilevamento di IPA nei grani di ghiaccio interstellare, in particolare nelle regioni esterne di nuvole fredde e dense o negli strati molecolari superiori dei dischi protoplanetari "[18][19]

Gli IPA si trovano ovunque nello spazio profondo[20] e, nel giugno 2013 sono stati rilevati nell'atmosfera superiore di Titano, la più grande luna del pianeta Saturno.[21]

Una regione particolarmente ampia e ricca per la rilevazione di molecole interstellari è Sagittarius B2 (Sgr B2). Questa gigantesca nube molecolare si trova vicino al centro della galassia della Via Lattea ed è un obiettivo frequente per nuove ricerche. Circa la metà delle molecole elencate di seguito sono state trovate vicino a Sgr B2 e quasi ogni altra molecola è stata rilevata in tali dintorni.[22] Una ricca fonte di indagine per le molecole circumstellari è la stella relativamente vicina CW Leonis (IRC +10216), in cui sono stati identificati circa 50 composti.[23]

Nel marzo 2015, gli scienziati della NASA hanno riferito che, per la prima volta, complessi composti organici di DNA e RNA, compresi uracile, citosina e timina, sono stati creati in laboratorio ricreando le condizioni di un ambiente tipico dello spazio utilizzando sostanze di base quali la pirimidina, trovata in meteoriti. La pirimidina, così come gli idrocarburi policiclici aromatici, è la sostanza chimica più ricca di carbonio trovata nell'universo e potrebbe essersi formata in giganti rosse o in nubi interstellari di polvere e gas.[24]

Molecole[modifica | modifica wikitesto]

La seguente è una lista di molecole che sono state osservate nel mezzo interstellare, raggruppate per numero di atomi che le compongono.

Biatomiche (43)[modifica | modifica wikitesto]

Il monossido di carbonio è frequentemente utilizzato per valutare la distribuzione della massa nelle nubi molecolari.[25]
Molecole Designazione Massa Ione
AlCl Monocloruro di alluminio[26][27] 62.5
AlF Monofluoruro di alluminio[26][28] 46
AlO Monossido di alluminio 43
Idruro di Argon[29] 41 ArH+
C2 Carbonio biatomico 24
Fluorometilidinio 31 CF+
CH Radicale metilidine 13 CH+
CN Cianogeno 26 CN+
CO Monossido di carbonio 28 CO+
CP Monofosfuro di carbonio 43
CS Monosolfuro di carbonio 44
FeO Ossido ferroso 82
H2 Idrogeno molecolare 2
HCl Cloruro di idrogeno 36.5 HCl+
HF Fluoruro di idrogeno 20
HO Radicale ossidrile 17 OH+
KCl Cloruro di potassio 75.5
NH Monoidruro di azoto 15
N2 Azoto molecolare 28
NO Monossido di azoto 30 NO+
NS Solfuro di azoto 46
NaCl Cloruro di sodio 58.5
Catione di magnesio monoidruro 25.3 MgH+
NaI Ioduro di sodio 150
O2 Ossigeno molecolare 32
PN Nitruro di fosforo 45
PO Monossido di fosforo 47
SH Monoidruro di zolfo 33 SH+
SO Monossido di zolfo 48 SO+
SiC Carburo di silicio 40
SiN Mononitruro di silicio 42
SiO Monossido di silicio 44
SiS Monosolfuro di silicio 60
TiO Monossido di titanio 63.9

Triatomiche (42)[modifica | modifica wikitesto]

Il catione idrogenonio H3+ è uno degli ioni più abbondanti dell'universo. Fu rilevato per la prima volta nel 1993.[30][31]
Molecole Designazione Massa Ione
AlNC Isocianuro di alluminio 53
AlOH Idrossido di alluminio 44
C3 Tricarbonio 36
C2H Radicale etnile 25
CCN Cianometilidina 38
C2O Monossido di carbonio 40
C2S Tiooxoetenilidene 56
C2P Fosfuro di carbonio 55
CO2 Anidride carbonica 44
FeCN Cianuro ferroso 82
Idrogenonio 3 H3+
H2C Radicale Metilene 14
ione alonio 37.5 H2Cl+
H2O Acqua 18 H2O+
HO2 Idroperossile 33
H2S Acido solfidrico 34
HCN Acido cianidrico 27
HNC Acido cianidrico 27
HCO Radicale Formile 29 HCO+
HCP Metilidinfosfano 44
Tioformile 45 HCS+
HNC Acido cianidrico 27
Diazenilio 29 HN2+
HNO Nitrossile 31
Isoformile 29 HOC+
KCN Cianuro di potassio 65
MgCN Magnesium cyanide 50
MgNC Cianuro di magnesio 50
NH2 Radicale Amino 16
29 Diazenilio N2H+
N2O Ossido di diazoto 44
NaCN Sodium cyanide 49
NaOH Cianuro di sodio 40
OCS Carbonilsolfuro 60
O3 Ozono 48
SO2 Diossido di zolfo 64
c-SiC2 c-Carburo di silicio 52
SiCN Carbonitruro di silicio 54
SiNC Carbonitruro di silicio 54
TiO2 Biossido di titanio 79.9

Tetraatomiche (26)[modifica | modifica wikitesto]

La formaldeide è una molecola organica ampiamente distribuita nel mezzo interstellare.[32]
Molecole Designazione Massa Ione
CH3 Radicale metile 15
l-C3H Propinilidina 37 l-C3H+
c-C3H Ciclopropinilidina 37
C3N Cianoetinile 50 C3N
C3O Monossido di tricarbonio 52
C3S Tricarbonio solfuro 68
Idronio 19 H3O+
C2H2 Acetilene 26
H2CN Metilene amidogeno 28 H2CN+
H2CO Formaldeide 30
H2CS Tioformaldeide 46
HCCN 39
Acido cianidrico protonato 28 HCNH+
Anidride carbonica protonata 45 HOCO+
HCNO Acido fulminico 43
HOCN Acido isocianico 43
HOOH Perossido di idrogeno 34
HNCO Acido isocianico 43
HNCS Acido tiocianico 59
NH3 Ammoniaca 17
HSCN Acido tiocianico 59
SiC3 Tricarburo di silicio  64
HMgNC Isocianuro di idromagnesio  51.3

Cinque atomi (18)[modifica | modifica wikitesto]

Il metano, componente principale del gas naturale, è stato scoperto anche nelle comete e nell'atmosfera di alcuni pianeti del sistema solare.[33]
Molecole Designazione Massa Ione
Ione ammonio
CH4 Metano 16
CH3O Radicale metossi 31
c-C3H2 Ciclopropenilidene 38
l-H2C3 Propadienilidene 38
H2CCN Cianometile 40
H2C2O Etenone 42
H2CNH Metilenimina 29
HNCNH Carbodiimmidi 42
Formaldeide protonata 31 H2COH+
C4H Butadiinile 49 C4H
HC3N Cianoacetilene 51
HCC-NC Isocianoacetilene 51
HCOOH Acido formico 46
NH2CN Cianammide 42
HC(O) CN Cianoformaldeide 55
SiC4 Carburo di silicio 92
SiH4 Silano 32

Sei atomi (16)[modifica | modifica wikitesto]

Nel mezzo interstellare la formammide (immagine) si può combinare con il radicale metilene per formare acetammide.[34]
Molecole Designazione Massa Ione
c-H2C3O Ciclopropenone 54
E-HNCHCN E-Cianometanimmina 54
C2H4 Etilene 28
CH3CN Acetonitrile 40
CH3NC Metilisocianuro 40
CH3OH Metanolo 32
CH3SH Metantiolo 48
l-H2C4 Diacetilene 50
Cianoacetilene protonata 52 HC3NH+
HCONH2 Formammide 44
C5H Pentinilidina 61
C5N Radicale Cianobutadiinile 74
HC2CHO Propinale 54
HC4N —  63
CH2CNH Cetenimmina 40
C5S 92

Sette atomi (9)[modifica | modifica wikitesto]

Sia l'acetaldeide (in figura) che i suoi isomeri alcol vinilico e ossido di etilene, sono stati trovati nel mezzo interstellare.[35]
Molecole Designazione Massa Ione
c-C2H4O Ossido di etilene 44
CH3C2H Metilacetilene 40
H3CNH2 Metilammina 31
CH2CHCN Acrilonitrile 53
H2CHCOH Alcol vinilico 44
C6H Radicale esatriinile 73 C6H
HC4CN Cianodiacetilene 75
CH3CHO Acetaldeide 44

Otto atomi (11)[modifica | modifica wikitesto]

La segnatura radio dell'acido acetico nel mezzo interstellare è stata confermata nel 1997.[36]
Molecole Designazione Massa
H3CC2CN Metilcianoacetilene 65
H2COHCHO Glicolaldeide 60
HCOOCH3 Metilformato 60
CH3COOH Acido acetico 60
H2C6 Esapentaenilidene 74
CH2CHCHO Acroleina 56
CH2CCHCN Cianoallene 65
CH3CHNH Etanimmina 43
C7H Radicale Eptatrienile 85
NH2CH2CN Amminoacetonitrile 56
(NH2)2CO Urea 60

Nove atomi (10)[modifica | modifica wikitesto]

Molecole Designazione Massa Ione
CH3C4H Metildiacetilene 64
CH3OCH3 Etere dimetilico 46
CH3CH2CN Propionitrile 55
CH3CONH2 Acetammide 59
CH3CH2OH Alcol etilico 46
C8H Radicale octotetranile 97 C8H
HC7N Cianoesatriina o Cianotriacetilene 99
CH3CHCH2 Propilene (propene) 42
CH3CH2SH Etantiolo 62

Dieci e più atomi (15)[modifica | modifica wikitesto]

Atoms Molecole Designazione Massa Ione
10 (CH3)2CO Acetone 58
10 (CH2OH)2 Glicole etilenico 62
10 CH3CH2CHO Propanal 58
10 CH3C5N Metilcianodiacetilene 89
10 (CH3)2CHCN Isopropilcianuro 69
11 HC8CN Cianotetraacetilene 123
11 C2H5OCHO Formiato di etile 74
11 CH3COOCH3 Acetato di metile 74
11 CH3C6H Metiltriacetilene 88
12 C6H6 Benzene 78
12 C3H7CN Butirronitrile 69
13 HC10CN Cianodecapentaina 147
13 HC11N Cianopentaacetilene 159
60 C60 Buckminsterfullerene
(C60 fullerene)
720 C60+
70 C70 C70 fullerene 840

Molecole deuterate (17)[modifica | modifica wikitesto]

Tutte queste molecole contengono uno o più atomi di deuterio, un isotopo pesante dell'idrogeno.

Atoms Molecole Designazione
2 HD Deuteruro di idrogeno
3 H2D+, HD2+ Idrogenonio
3 HDO, D2O Acqua pesante
3 DCN Acido cianidrico
3 DCO Radicale formile
3 DNC Acido cianidrico
3 N2D+ — 
4 NH2D, NHD2, ND3 Ammoniaca
4 HDCO, D2CO Formaldeide
5 NH3D+ Ione ammonio
7 CH2DCCH, CH3CCD Metilacetilene

Non confermate (13)[modifica | modifica wikitesto]

In letteratura è stata riportata l'evidenza dell'esistenza delle seguenti molecole, ma la loro rilevazione è stata descritta come probabile o è stata messa in dubbio da altri ricercatori; sono pertanto necessarie conferme indipendenti per poterle considerare come accertate.

Atoms Molecole Designazione
2 SiH Sililidina
4 PH3 Fosfina
4 MgCCH Monoacetiluro di magnesio
4 NCCP Cianofosfaetino
5 C5 Carbonio lineare C5
5 H2NCO+ -
4 SiH3CN Cianuro di silile
10 H2NH2CCOOH Glicina
12 CO(CH2OH)2 Diidrossiacetone
12 C2H5OCH3 Etilmetiletere
18 C10H8+ Naftalene catione
24 C24 Grafene
24 C14H10 Antracene
26 C16H10 Pirene

Note[modifica | modifica wikitesto]

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