I segreti magnetici del metanolo

Un team di scienziati ha risolto un nodo cruciale nell’astrochimica: come misurare i campi magnetici nello spazio usando il metanolo, la forma più semplice di alcol. Una nuova strada di investigazione sulla nascita delle stelle di grande massa

L’illustrazione artistica mostra i contorni di una stella di grande massa in formazione Crediti: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar

L’illustrazione artistica mostra i contorni di una stella di grande massa in formazione Crediti: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar

Redazione 29 gennaio 2018

Negli ultimi cinquant’anni, grazie all’uso dei radiotelescopi, gli astronomi sono stati in grado di rilevare numerose molecole, tra cui acqua e metanolo, nelle regioni di nuova formazione stellare. Grazie a queste molecole, chiamate maser, è stato possibile misurare temperature, pressioni e movimenti dei gas e polveri che vanno a formare nuove stelle. Ma, in particolar modo negli ambienti di formazione delle stelle di grande massa (ovvero stelle con massa superiore a otto masse solari), c’è un altro fattore importantissimo che è più difficile da misurare: il campo magnetico. Boy Lankhaar, ricercatore della Chalmers Univerisity di Gotheborg, ha condotto uno studio sulle proprietà del metanolo. ”Quando le stelle più grandi e pesanti si formano – dice Lankhaar - sappiamo che i campi magnetici giocano un ruolo importante. Ma come questi campi influiscano sull’intero processo è oggetto di grandi dibattiti tra i ricercatori. Abbiamo dunque bisogno di mezzi di misurazione dei campi magnetici, è questa la vera sfida. Ora, grazie ai nostri calcoli, sappiamo finalmente come farlo con il metanolo”.


Lo studio di Lankhaar fa parte di un progetto più ampio nato circa dieci anni fa grazie al lavoro di Gabiele Surcis, ricercatore ora in forza all’Inaf di Cagliari, e che prosegue ancora oggi con l’obiettivo di migliorare la comprensione del ruolo dei campi magnetici nella formazione stellare.


“Grazie alla stretta collaborazione tra chimici e astrofisici – dice Surcis - si sono potute ricavare le proprietà del metanolo quando è immerso in un campo magnetico, nonché le variazioni delle sue caratteristiche magnetiche al variare del campo che lo circonda. Grazie ai dati teorici forniti dai chimici siamo ora in grado di interpretare meglio ciò che osserviamo da tempo con i radio-telescopi. Questo può essere il primo passo di una serie di studi analoghi in cui si potranno applicare le stesse metodologie di calcolo anche a molecole molto più complesse del metanolo” conclude. L’uso del metanolo (CH3OH) nell’investigazione dei campi magnetici nello spazio è stato suggerito molte decine di anni fa. Nei gas densi che circondano molte stelle appena nate, le molecole di metanolo brillano come laser a microonde: maser, appunto. I segnali che possiamo misurare dai maser del metanolo sono intensi ed emessi a frequenze molto specifiche. “I segnali maser - spiega Wouter Vlemmings, astrofisico e professore della Chalmers University - provengono anche da regioni in cui i campi magnetici possono raccontarci molto del modo in cui una stella nasce. Con le nostre nuove scoperte su come il metanolo sia condizionato dai campi magnetici, possiamo finalmente interpretare ciò che osserviamo da dieci anni”.


Precedenti tentativi di misurazione delle proprietà magnetiche del metanolo in laboratorio sono andati incontro a problemi. Così, gli scienziati hanno deciso di costruire un modello teorico, accertandosi che fosse in accordo con le teorie precedenti e con le misure di laboratorio. “Abbiamo sviluppato un modello sul comportamento del metanolo quando è immerso in campi magnetici, a partire dai principi della meccanica quantistica. Subito dopo abbiamo trovato un buon accordo tra i calcoli teorici e i dati sperimentali disponibili. Questo ci ha dato fiducia per teorizzare le condizioni che ci aspettiamo nello spazio” spiega Lankhaar. Tuttavia, il ruolo svolto dal metanolo è risultato essere parcolarmente importante e complesso. I chimici teorici Ad van der Avoird e Gerrit Groenenboom, entrambi dell’Università olandese Radboud, necessitavano di fare nuovi calcoli e di correggere e completare i precedenti studi sul metanolo che avevano già una cinquantina d’anni. “Dal momento che il metanolo è una molecola relativamente semplice, inizialmente abbiamo pensato che il progetto di ricerca sarebbe stato facile. Si è invece rivelato molto complicato perché abbiamo dovuto calcolare le proprietà del metanolo fin nei minimi dettagli” dice Ad van der Avoird. I nuovi risultati aprono ulteriori possibilità per capire i campi magnetici nell’universo e mostrano, inoltre, come molti problemi scientifici, possano essere risolti grazie ad una vera sinergia tra i rispettivi ricercatori di discipline diverse e apparentemente distanti come la chimica e l’astrofisica.


Lo studio è stato pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy.


 

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