UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

En la vasta i freda immensitat de l’espai, entre els grans de pols i el gas de les regions on neixen les estrelles, una de les molècules més intrigants —i tòxiques per a nosaltres—, el cianur d’hidrogen (HCN), és sorprenentment comú. S’ha detectat arreu: des dels nuclis gelats de núvols densos fins als discos càlids on es formen els planetes, i fins i tot en cometes i meteorits. Però l’HCN és molt més que verí còsmic; és un possible precursor dels blocs fonamentals de la vida, com l’adenina, un component clau de l’ADN. El misteri rau en l’“on” i el “com”.

En el gairebé perfecte buit de l’espai, les molècules d’HCN en fase gasosa rarament col·lisionen i reaccionen. Per a què comenci una química complexa cal, doncs, una superfície sòlida: un escenari on les molècules puguin trobar-se i interactuar. Els silicats còsmics, constituents majoritaris dels grans de pols rocós que forma gran part dels grans interestel·lars i dels planetes rocosos, són candidats ideals. Entre ells, el silicat ric en magnesi conegut com a forsterita (Mg₂SiO₄) és un material clau.

El nostre grup de recerca QUANTUMGRAIN ha realitzat simulacions atomístiques sofisticades basades en mecànica quàntica per investigar què passa quan l’HCN interacciona amb superfícies de forsterita. Hem vist que l’HCN no només s’adhereix als grans de pols, sinó que participa en una química rica i variada.

Les simulacions han revelat dos modes principals d’interacció: adsorció molecular, on l’HCN es manté intacte, i adsorció dissociativa, on dona fàcilment un protó (H⁺) a un àtom d’oxigen de la superfície del silicat, formant un anió cianur reactiu (CN⁻). Aquest pas de desprotonació és crucial, ja que el CN⁻ és l’espècie activa que es creu que inicia la polimerització que pot conduir a la formació d’adenina.

De manera notable, l’estudi indica que l’adsorció dissociativa sol dominar fins i tot a les baixíssimes temperatures (uns 10 K) dels núvols foscos interestel·lars. La raó és que les superfícies més irregulars del silicat exposen llocs d’oxigen predisposats a acceptar un protó. A mesura que els entorns s’escalfen, com en discos protoplanetaris o en asteroides, aquesta tendència s’intensifica, cobrint la superfície del gra amb CN⁻ reactiu.

Les nostres simulacions també proporcionen una “empremta” espectroscòpica per a futures observacions astronòmiques (la tècnica que s’utilitza per detectar molècules còsmiques), mostrant que les freqüències de tensió dels enllaços C–H i C≡N de l’HCN canvien significativament en adsorbir-se, amb desplaçaments que es correlacionen directament amb l’enfortiment o debilitament de l’enllaç. Aquestes signatures espectrals podrien ajudar algun dia els astrònoms no només a identificar HCN a l’espai, sinó també a discernir si està simplement dipositat al pols o si està sent activament processat.
En conclusió, aquest treball dibuixa un panorama clar: els silicats interestel·lars i planetaris no són espectadors passius. Són superfícies activament catalítiques que poden activar de manera eficient molècules simples però vitals per a l’astrobiologia, com l’HCN.