LO STUDIO SU THE ASTROPHYSICAL JOURNAL

Ferro, campione interstellare di nascondino

Di ferro, nel mezzo interstellare, se ne dovrebbe vedere più di quanto ne mostrino le osservazioni. Ora si è scoperto che in effetti il ferro c’è, ma non è tutto in fase gassosa: è legato a strutture di carbonio che ne rendono difficile la rivelazione

Con l’aiuto di atomi di ferro, nello spazio potrebbero formarsi molecole di catene del carbonio complesse. Crediti: Nasa / Jpl-Caltech

L’universo è dominato dall’elemento più leggero, l’idrogeno (H), a seguire c’è l’elio (He) e dopo, in quantità molto più basse, tutti gli altri elementi, che gli astronomi chiamano complessivamente “metalli”.

Di questi metalli, derivati dalla nucleosintesi stellare e rilasciati nello spazio circostante con il turbolento fine vita delle stelle, i più diffusi sono il carbonio, l’ossigeno, l’azoto, ma anche il ferro. Eppure di ferro, soprattutto gassoso, nel mezzo interstellare se ne osserva meno del previsto. Si pensa dunque che esso sia legato ad altri atomi, in qualche tipo di stato molecolare o solido, e che per questo riesca a sfuggire da anni alla rivelazione.

Un gruppo di cosmochimici – scienziati che studiano l’origine e lo sviluppo degli elementi chimici nel cosmo e in particolare nel Sistema solare – dell’Arizona State University (Asu) ritiene di aver risolto il mistero. Il ferro sarebbe legato al carbonio a formare lunghe catene molecolari, abbondanti nel mezzo interstellare. Queste strutture avrebbero una firma spettrale indistinguibile dagli analoghi senza gli atomi di ferro: per questo potremmo aver avuto il ferro sotto il naso per tutto questo tempo, restando comunque incapaci di rivelarlo.

«Stiamo proponendo una nuova classe di molecole che probabilmente sono diffuse nel mezzo interstellare», commenta Pilarasetty Tarakeshwar, ricercatore presso la Scuola di Scienze molecolari della Asu e primo autore dello studio.

Tarakeshwar e colleghi hanno analizzato la possibilità di piccoli agglomerati di ferro di unirsi a molecole di carbonio e hanno verificato che sono in effetti in grado di costituire lunghe catene con entrambi i tipi di atomi. Nel freddo mezzo interstellare, i piccoli agglomerati di ferro potrebbero fare da base per catene di carbonio di varie lunghezze, che si uniscono ad essi formando diversi tipi di molecole.

Catena di carbonio e idrogeno collegata a un agglomerato di Fe13 (gli atomi di ferro sono rappresentati in colore bruno-rossastro, il carbonio in grigio, l’idrogeno in grigio chiaro). Crediti: P. Tarakeshwar / Asu

L’importanza di questo studio sta nell’offrire spiegazione di uno dei possibili processi che permette la formazione di grandi molecole a base carbonica nello spazio. Catene di carbonio con più di nove atomi sarebbero instabili, eppure nello spazio interstellare si osservano strutture molto più complesse.

«Le catene di carbonio più lunghe sono stabilizzate dall’aggiunta di gruppi di ferro», spiega Peter Buseck, coautore dello studio. «Questo apre un nuovo scenario per la costruzione di molecole più complesse nello spazio, come gli  idrocarburi policiclici aromatici, di cui il più semplice – il naftalene – è un esempio familiare, essendo l’ingrediente principale della naftalina».

«Il nostro lavoro fornisce nuove intuizioni per colmare il divario tra molecole contenenti nove o meno atomi di carbonio e molecole complesse che ne contengono anche 60 come il buckminsterfullerene, anche noto come “buckyball”», conclude Frank Timmes, anch’egli coautore dello studio.

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