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La cosmoquímica (del griego antiguo κόσμος ( kósmos ) 'universo' y χημεία ( khēmeía ) 'química') o cosmología química es el estudio de la composición química de la materia en el universo y los procesos que llevaron a esas composiciones. [1] Esto se hace principalmente a través del estudio de la composición química de los meteoritos y otras muestras físicas. Dado que los cuerpos progenitores de los meteoritos, los asteroides , fueron algunos de los primeros materiales sólidos en condensarse a partir de la nebulosa solar primitiva , los cosmoquímicos se ocupan en general, pero no exclusivamente, de los objetos contenidos dentro del Sistema Solar .
En 1938, el mineralogista suizo Victor Goldschmidt y sus colegas compilaron una lista de lo que llamaron "abundancias cósmicas" basándose en su análisis de varias muestras terrestres y de meteoritos. [2] Goldschmidt justificó la inclusión de datos de composición de meteoritos en su tabla afirmando que las rocas terrestres estaban sujetas a una cantidad significativa de cambios químicos debido a los procesos inherentes de la Tierra y la atmósfera. Esto significaba que estudiar exclusivamente rocas terrestres no arrojaría una imagen general precisa de la composición química del cosmos. Por lo tanto, Goldschmidt concluyó que también se debe incluir material extraterrestre para producir datos más precisos y sólidos. Esta investigación se considera la base de la cosmoquímica moderna. [1]
Durante las décadas de 1950 y 1960, la cosmoquímica se volvió más aceptada como ciencia. Harold Urey , considerado ampliamente como uno de los padres de la cosmoquímica, [1] se dedicó a la investigación que eventualmente condujo a una comprensión del origen de los elementos y la abundancia química de las estrellas. En 1956, Urey y su colega, el científico alemán Hans Suess , publicaron la primera tabla de abundancias cósmicas que incluía isótopos basados en análisis de meteoritos. [3]
El continuo refinamiento de la instrumentación analítica a lo largo de la década de 1960, especialmente la de la espectrometría de masas , permitió a los cosmoquímicos realizar análisis detallados de las abundancias isotópicas de los elementos dentro de los meteoritos. En 1960, John Reynolds determinó, a través del análisis de nucleidos de vida corta dentro de los meteoritos, que los elementos del Sistema Solar se formaron antes del propio Sistema Solar [4], lo que comenzó a establecer una línea de tiempo de los procesos del Sistema Solar temprano.
Los meteoritos son una de las herramientas más importantes que tienen los cosmoquímicos para estudiar la naturaleza química del Sistema Solar. Muchos meteoritos provienen de material que es tan antiguo como el propio Sistema Solar y, por lo tanto, proporcionan a los científicos un registro de la nebulosa solar primitiva . [1] Las condritas carbonáceas son especialmente primitivas; es decir, han conservado muchas de sus propiedades químicas desde su formación hace 4.560 millones de años, [5] y, por lo tanto, son un foco importante de las investigaciones cosmoquímicas.
Los meteoritos más primitivos también contienen una pequeña cantidad de material (< 0,1%) que ahora se reconoce como granos presolares que son más antiguos que el propio Sistema Solar y que se derivan directamente de los restos de las supernovas individuales que proporcionaron el polvo del que se formó el Sistema Solar. Estos granos son reconocibles por su química exótica, ajena al Sistema Solar (como matrices de grafito, diamante o carburo de silicio). También suelen tener proporciones isotópicas que no son las del resto del Sistema Solar (en particular, el Sol), y que difieren entre sí, lo que indica fuentes en una serie de diferentes eventos de supernovas explosivas. Los meteoritos también pueden contener granos de polvo interestelar, que se han acumulado a partir de elementos no gaseosos en el medio interestelar, como un tipo de polvo cósmico compuesto ("polvo de estrellas"). [1]
Recientes hallazgos de la NASA , basados en estudios de meteoritos encontrados en la Tierra , sugieren que los componentes de ADN y ARN ( adenina , guanina y moléculas orgánicas relacionadas ), bloques de construcción para la vida tal como la conocemos, pueden formarse extraterrestremente en el espacio exterior . [6] [7] [8]
El 30 de julio de 2015, los científicos informaron que tras el primer aterrizaje del módulo de aterrizaje Philae en la superficie del cometa 67/P , las mediciones de los instrumentos COSAC y Ptolomeo revelaron dieciséis compuestos orgánicos , cuatro de los cuales se observaron por primera vez en un cometa, entre ellos acetamida , acetona , isocianato de metilo y propionaldehído . [9] [10] [11]
En 2004, los científicos informaron [12] que habían detectado las firmas espectrales del antraceno y el pireno en la luz ultravioleta emitida por la nebulosa del Rectángulo Rojo (nunca antes se había encontrado ninguna otra molécula tan compleja en el espacio exterior). Este descubrimiento se consideró una confirmación de la hipótesis de que, a medida que las nebulosas del mismo tipo que el Rectángulo Rojo se acercan al final de sus vidas, las corrientes de convección hacen que el carbono y el hidrógeno del núcleo de la nebulosa queden atrapados en los vientos estelares y se irradien hacia el exterior. [13] A medida que se enfrían, los átomos supuestamente se unen entre sí de diversas maneras y acaban formando partículas de un millón o más de átomos. Los científicos dedujeron [12] que, puesto que descubrieron hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que pueden haber sido vitales en la formación de la vida primitiva en la Tierra, en una nebulosa, por necesidad deben originarse en nebulosas. [13]
En agosto de 2009, los científicos de la NASA identificaron por primera vez uno de los componentes químicos fundamentales de la vida (el aminoácido glicina ) en un cometa. [14]
En 2010 se detectaron fulerenos (o " buckyballs ") en nebulosas. [15] Los fulerenos han sido implicados en el origen de la vida; según la astrónoma Letizia Stanghellini, "es posible que los buckyballs del espacio exterior proporcionaran semillas para la vida en la Tierra". [16]
En agosto de 2011, los hallazgos de la NASA , basados en estudios de meteoritos encontrados en la Tierra, sugieren que los componentes de ADN y ARN ( adenina , guanina y moléculas orgánicas relacionadas ), bloques de construcción para la vida tal como la conocemos, pueden formarse extraterrestremente en el espacio exterior . [6] [7] [8]
En octubre de 2011, los científicos informaron que el polvo cósmico contiene materia orgánica compleja ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura aromática - alifática mixta ") que podrían ser creados de forma natural y rápida por las estrellas . [17] [18] [19]
El 29 de agosto de 2012, los astrónomos de la Universidad de Copenhague informaron sobre la detección de una molécula de azúcar específica, el glicolaldehído , en un sistema estelar distante. La molécula se encontró alrededor del binario protoestelar IRAS 16293-2422 , que se encuentra a 400 años luz de la Tierra. [20] [21] El glicolaldehído es necesario para formar ácido ribonucleico , o ARN , que tiene una función similar al ADN . Este hallazgo sugiere que las moléculas orgánicas complejas pueden formarse en sistemas estelares antes de la formación de planetas, llegando eventualmente a planetas jóvenes al principio de su formación. [22]
En septiembre de 2012, los científicos de la NASA informaron que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) , sometidos a condiciones de medio interestelar (ISM) , se transforman, a través de hidrogenación , oxigenación e hidroxilación , en compuestos orgánicos más complejos , "un paso en el camino hacia los aminoácidos y nucleótidos , las materias primas de las proteínas y el ADN , respectivamente". [23] [24] Además, como resultado de estas transformaciones, los HAP pierden su firma espectroscópica , lo que podría ser una de las razones "de la falta de detección de HAP en los granos de hielo interestelar , particularmente en las regiones externas de nubes frías y densas o en las capas moleculares superiores de los discos protoplanetarios ". [23] [24]
En 2013, el Atacama Large Millimeter Array (Proyecto ALMA) confirmó que los investigadores habían descubierto un importante par de moléculas prebióticas en las partículas heladas del espacio interestelar (ISM). Las sustancias químicas, que se encuentran en una nube gigante de gas a unos 25.000 años luz de la Tierra en el ISM, pueden ser un precursor de un componente clave del ADN y la otra puede tener un papel en la formación de un aminoácido importante . Los investigadores encontraron una molécula llamada cianometanamina, que produce adenina , una de las cuatro nucleobases que forman los "peldaños" en la estructura en forma de escalera del ADN. Se cree que la otra molécula, llamada etanamina , desempeña un papel en la formación de alanina , uno de los veinte aminoácidos del código genético. Anteriormente, los científicos pensaban que tales procesos tenían lugar en el gas muy tenue entre las estrellas. Los nuevos descubrimientos, sin embargo, sugieren que las secuencias de formación química de estas moléculas no ocurrieron en el gas, sino en las superficies de los granos de hielo en el espacio interestelar. [25] El científico de ALMA de la NASA, Anthony Remijan, afirmó que encontrar estas moléculas en una nube de gas interestelar significa que los componentes básicos importantes del ADN y los aminoácidos pueden "sembrar" planetas recién formados con los precursores químicos para la vida. [26]
En enero de 2014, la NASA informó que los estudios actuales en el planeta Marte por parte de los rovers Curiosity y Opportunity ahora buscarán evidencia de vida antigua, incluida una biosfera basada en microorganismos autótrofos , quimiotróficos y/o quimiolitoautotróficos , así como agua antigua, incluidos ambientes fluvio-lacustres ( llanuras relacionadas con ríos o lagos antiguos) que pueden haber sido habitables . [27] [28] [29] [30] La búsqueda de evidencia de habitabilidad , tafonomía (relacionada con fósiles ) y carbono orgánico en el planeta Marte es ahora un objetivo principal de la NASA . [27]
En febrero de 2014, la NASA anunció una base de datos muy mejorada para rastrear los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo . Según los científicos, más del 20% del carbono en el universo puede estar asociado con los HAP, posibles materiales de partida para la formación de la vida . Los HAP parecen haberse formado poco después del Big Bang , están ampliamente distribuidos por todo el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas . [31]
