Scoperte per la prima volta molecole di Argon nella Nebulosa del Granchio Tratto da: http://www.tutto-scienze.org/2013/12/scoperte-per-la-prima-volta-molecole-di.html

Un team di astronomi, studiando la Nebulosa del Granchio con Herschel Space Observatory, ha individuato in questo resto di supernova una quantità di polvere maggiore del previsto (circa un quarto della massa del Sole). Le nuove osservazioni hanno evidenziato la presenza di molecole a base di Argon: per la prima volta è stata trovata nello spazio una molecola che è un composto di un gas nobile! L’Argon è prodotto nelle reazioni nucleari che avvengono durante le esplosioni di supernova, e gli astronomi avevano già individuato questo elemento nella Nebulosa del Granchio. Tuttavia, è sorprendente che l'Argon reagisca con altri elementi per formare molecole che sopravvivono nell'ambiente ostile di un resto di supernova, dove un gas caldo continua ad espandersi a velocità elevate dopo l'esplosione.

Nebulosa del Granchio (ESA / Herschel / PACS / MESS Key Programme Supernova Remnant squadra, NASA, ESA e Allison Loll / Jeff Hester) (Arizona State University)

Pensate alla tavola periodica degli elementi chimici come ad un gruppo di persone, di cui una parte svolge un lavoro di squadra ed una parte esigua lavora in solitudine: mentre determinati elementi chimici tendono a reagire più facilmente con altri elementi, formando molecole di composti, alcuni al contrario non partecipano quasi mai alle reazioni chimiche. Elementi “inerti” per eccellenza sono i gas nobili: Elio, Neon, Argon, Kripton, Xeno e Radon. Il nome di uno di tali gas, Argon, deriva da un parola greca che sta ad indicare l’inattività, per sottolineare la sua natura altamente inerte. Il suo simbolo è Ar e il suo numero atomico 18. L’Argon è un gas nobile del periodo 3 e costituisce circa lo 0,94% dell'atmosfera terrestre. Ma i gas nobili non sono del tutto inattivi. Fino al 1962 si riteneva che l'Argon e gli altri gas nobili fossero chimicamente inerti ed incapaci di formare composti; nonostante la loro elevata inerzia, è stato però possibile forzarli a legarsi ad altri atomi. I primi composti di argon sono stati sintetizzati da alcuni ricercatori dell'Università di Helsinki: per irraggiamento ultravioletto di argon congelato, contenente acido fluoridrico, hanno ottenuto il fluoroidruro di argon, HArF. Le cose risultano, però, più complesse nello spazio. Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno individuato atomi e ioni di gas nobili in una varietà di ambienti cosmici, che vanno dal Sistema Solare alle atmosfere delle stelle, dalle dense nebulose al mezzo interstellare diffuso. Ma la ricerca di composti a base di gas nobili non ha avuto successo finora, suggerendo che questi elementi quasi inerti potessero avere difficoltà a reagire con altre specie, nello spazio. Il nuovo studio, condotto da Michael Barlow dell'University College di Londra, nel Regno Unito, sulla base dei dati di Herschel, ha trovato la prima prova di tale composto nello spazio. I risultati sono pubblicati sulla rivista Science. Il team di astronomi ha rilevato emissioni di idruro di Argon (ArH+), uno ione molecolare contenente l'argon.

"In un primo momento, la scoperta sembrava bizzarra",commenta Barlow. "Con il gas caldo ancora in espansione ad alta velocità dopo l'esplosione, un resto di supernova rappresenta un ambiente duro ed ostile, e, quindi, uno dei luoghi in cui meno ci si aspettava di trovare una molecola a base di un gas nobile", aggiunge. L’idruro di Argon viene prodotto quando gli ioni di argon (Ar+) reagiscono con molecole di idrogeno (H2), ma queste due specie si trovano di solito in zone differenti di una nebulosa. Mentre gli ioni si formano nelle regioni più energetiche, dove la radiazione di una stella o di residuo stellare ionizza il gas, le molecole si formano nelle sacche più dense e fredde del gas, al riparo da questa potente radiazione. "Ma ben presto ci siamo resi conto che anche nella Nebulosa del Granchio, ci sono zone dove le condizioni sono adatte a permettere ad un gas nobile di reagire e combinarsi con altri elementi. "Lì, nelle regioni di transizione tra gas ionizzato e molecolare, l’idruro di argon può formarsi e sopravvivere", spiega Barlow. Questa nuova immagine della Nebulosa del Granchio ha rivelato che le regioni, in cui è stato trovato ArH+, presentano anche concentrazioni più elevate sia di Ar+ sia di H2 . Lì, gli ioni di Argon possono reagire con le molecole di Idrogeno formando idruro di Argon e Idrogeno atomico. Nel gas parzialmente ionizzato, che permea queste regioni, le molecole si scontrano frequentemente con ioni ed elettroni liberi. Tali collisioni eccitano la struttura molecolare di ArH+ facendolo ruotare; a loro volta, le rotazioni molecolari producono le caratteristiche di emissione rilevate da Herschel nello spettro della Nebulosa del Granchio. “La scoperta è stata veramente fortuita: stavamo osservando la Nebulosa del Granchio per studiare il suo contenuto di polvere. Ma poi, in cima alla emissione da polvere, abbiamo trovato due righe di emissione mai viste prima", afferma il co-autore Bruce Swinyard, dell’University College di Londra. L'identificazione di queste linee è stato un compito impegnativo. A tal fine, gli astronomi hanno sfruttato due ampi database di spettri molecolari e, dopo lunghe indagini, hanno associato le caratteristiche osservate con due tipiche linee emesse da ArH+ . «E c'è la ciliegina sulla torta: dalla emissione di una molecola, possiamo determinare l'isotopo degli elementi che la compongono - cosa che non possiamo fare quando osserviamo solo gli ioni", aggiunge Swinyard. I dati di Herschel indicano che l’idruro di Argon trovato nella Nebulosa è un composto di un isotopo dell’Argon, Ar-36. Questa è la prima volta che gli astronomi possono identificare la natura isotopica di un elemento in un resto di supernova. "Trovare che l’Argon nella Nebulosa del Granchio è costituito da Ar-36 non sarebbe sorprendente, perché questo è l'isotopo di Argon dominante in tutto l'Universo. Ed è anche il principale isotopo di Argon ad essere sintetizzato nelle reazioni nucleari durante le esplosioni di supernova, quindi la sua rilevazione nella Nebulosa del Granchio conferma che questa iconica nebulosa è stata creata dalla morte esplosiva di una stella massiccia", spiega Barlow. Gli astronomi stanno progettando ulteriori osservazioni con le altre strutture per cercare nuove righe di emissione nello spettro della Nebulosa del Granchio, possibilmente da molecole contenenti differenti isotopi di argon. L'individuazione di una molecola del genere potrebbe consentire loro di studiare il rapporto dei diversi isotopi prodotti da supernovae e di conoscere meglio le reazioni nucleari che avvengono quando una stella massiccia muore. "Questo non è soltanto il primo rilevamento di una molecola formata da un gas nobile nello spazio, ma anche una nuova prospettiva sulla Nebulosa del Granchio. Herschel ha misurato direttamente l'isotopo di argon che ci aspettiamo sia prodotto tramite una nucleosintesi esplosiva, nel collasso del nucleo di una supernova, affinando la nostra comprensione dell'origine di questo resto di supernova", conclude Göran Pilbratt, scienziato del Herschel Project dell'ESA. I risultati sin qui descritti sono riportati nel paper "Detection of a Noble Gas Molecular Ion, 36ArH+, in the Crab Nebula", di M.J. Barlow et al., pubblicato su Science, 342, 6163, 1343-1345, 13 Dicembre 2013. DOI:10.1126/science.124358213. Link al paper: http://www.sciencemag.org/content/342/6164/1343.abstract L'isotopo dell’Argon trovato nella Nebulosa del Granchio è diverso da quello dominante nell'atmosfera terrestre, Ar40, che deriva dal decadimento di un isotopo radioattivo del potassio (K-40) presente nelle rocce del nostro pianeta. Con quasi l’1%, l’Argon è il terzo gas più abbondante nell’atmosfera della Terra dopo Azoto e Ossigeno, ed è stato scoperto alla fine del 19° secolo.