UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La matèria interestel·lar és la matèria present en les regions entre estrelles. La seva existència s’evidencia mitjançant observacions astronòmiques fetes amb telescopis. Aquesta matèria no està distribuïda uniformement, sinó que es troba agrupada constituint núvols, que són els bressols de noves estrelles. A partir de les observacions se sap que la matèria en els núvols es troba en estat gasós i en estat sòlid. L’estat líquid no existeix, donades les condicions de molt baixes temperatura i pressió.

La matèria en fase gas es constitueix de molècules discretes. Aquestes poden ser simples (i fonamentals!) tals com l’H₂, el CO i l’H₂O, o més complexes, tals com el CH₃CHO o l’NH₂CHO. Pel que fa a la matèria en estat sòlid, bàsicament es troben grans de pols de silicats, que, eventualment, poden ser recoberts de gels, predominantment d’aigua.

Veient aquesta distribució d’estats de la matèria és lògic pensar, doncs, que hi ha dues vies en les quals es formen les molècules interestel·lars: reaccions que succeeixen en fase gas i reaccions que succeeixen en les superfícies dels grans de pols. Molts dels compostos gasosos certament es formen mitjançant reaccions que tenen lloc en fase gas, però no tots. En algunes reaccions, la presència dels grans de pols és essencial per a que succeeixin.

L’aigua (H₂O) és una molècula de suma rellevància, òbviament a nivell biològic, però també en astrofísica, ja que és la fase sòlida més abundant en l’espai, i és un prerequisit indispensable per emparar vida en entorns astrofísics. Per tant, saber com es forma i com es distribueix en l’espai és de cabdal importància. Formar H₂O mitjançant reaccions en fase gas és molt ineficient, així que l’explicació ha de venir a partir de reaccions que succeeixen en les superfícies dels grans de pols interestel·lar. I això és el que s’ha demostrat mitjançant simulacions computacionals basades en mètodes de la química quàntica.

En un treball de col·laboració entre diferents grups de recerca internacionals liderats per la UAB, s’ha simulat la reacció de formació de l’H₂O gel en superfícies de silicats de tipus Mg2SiO₄ a partir de la reacció d’un àtom d’O amb dos d’H. Les simulacions indiquen que l’O queda fortament unit i immòbil a un àtom de Mg del silicat. Els àtoms d’H també queden units a la superfície del silicat, però aquests, per contra, poden moure’s i acostar-se a l’àtom d’O gràcies a un fenomen quàntic anomenat efecte túnel. Aquest efecte permet que, tot i que la mobilitat dels àtoms d’H en la superfícies tenen una barrera d’energia elevada, aquests puguin moure’s, ja que en lloc de superar les barreres les travessen com si anessin per un túnel. Gràcies a aquesta mobilitat, els àtoms d’H es troben amb l’O i reaccionen per formar H₂O.

El treball també és de rellevància perquè explica les primeres etapes de formació dels gels. Amb les simulacions s’evidencia que els primers passos de la formació dels gels es donen a partir de reaccions que succeeixen in situ en les superfícies dels nuclis, en lloc que l’aigua es formi en fase gas i s’adhereixi a les superfícies dels grans.

Òbviament, el problema de la formació de l’H₂O interestel·lar no està solucionat. Hi ha d’altres propostes que també podrien explicar la presència de les grans quantitats d’aigua gelada en els núvols interestel·lars, com per exemple la reacció d’O amb H₂, com també conèixer el paper exacte de les superfícies. Encara hi ha camp ampli per desvelar definitivament un aspecte d’interès fonamental tal com l’origen de l’aigua interestel·lar.