Lista de moléculas interestelares y circunestelares

Esta es una lista de moléculas detectadas en el medio interestelar y las envolturas circunestelares , agrupadas según el número de átomos que las componen . Se incluye la fórmula química de cada compuesto detectado, junto con cualquier forma ionizada que también se haya observado.

Las moléculas que se enumeran a continuación se detectaron mediante espectroscopia astronómica . Sus características espectrales surgen porque las moléculas absorben o emiten un fotón de luz cuando transitan entre dos niveles de energía molecular . La energía (y, por lo tanto, la longitud de onda ) del fotón coincide con la diferencia de energía entre los niveles involucrados. Las transiciones electrónicas moleculares ocurren cuando uno de los electrones de la molécula se mueve entre orbitales moleculares , produciendo una línea espectral en las partes ultravioleta , óptica o infrarroja cercana del espectro electromagnético . Alternativamente, una transición vibracional transfiere cuantos de energía hacia (o desde) las vibraciones de los enlaces moleculares , produciendo señales en el infrarrojo medio o lejano . Las moléculas en fase gaseosa también tienen niveles rotacionales cuantizados , lo que da lugar a transiciones en longitudes de onda de microondas o radio . ^{[ 1 ]}

A veces, una transición puede involucrar más de uno de estos tipos de niveles de energía; por ejemplo, la espectroscopia rovibracional cambia tanto el nivel de energía rotacional como el vibracional. Ocasionalmente, los tres ocurren simultáneamente, como en la banda de Phillips del C₂ ₍ carbono diatómico ), en la que una transición electrónica produce una línea en el infrarrojo cercano, que luego se divide en varias bandas vibrónicas por un cambio simultáneo en el nivel vibracional, las cuales a su vez se dividen nuevamente en ramas rotacionales . ^{[ 2 ]}

El espectro de una molécula en particular está regido por las reglas de selección de la química cuántica y por su simetría molecular . Algunas moléculas tienen espectros simples que son fáciles de identificar, mientras que otras (incluso algunas moléculas pequeñas) tienen espectros extremadamente complejos con flujo distribuido entre muchas líneas diferentes, lo que las hace mucho más difíciles de detectar. ^{[ 3 ]} Las interacciones entre los núcleos atómicos y los electrones a veces causan una estructura hiperfina adicional en las líneas espectrales. Si la molécula existe en múltiples isotopólogos (versiones que contienen diferentes isótopos atómicos ), el espectro se complica aún más por los desplazamientos isotópicos . ^{[ 4 ]}

La detección de una nueva molécula interestelar o circunestelar requiere identificar un objeto astronómico adecuado donde sea probable que esté presente, y luego observarla con un telescopio equipado con un espectrógrafo que funcione a la longitud de onda, resolución espectral y sensibilidad requeridas . La primera molécula detectada en el medio interestelar fue el radical metilidino (CH ^• ) en 1937, a través de su fuerte transición electrónica a 4300 angstroms (en el rango óptico). ^{[ 5 ]} Los avances en la instrumentación astronómica han llevado a un número creciente de nuevas detecciones. A partir de la década de 1950, la radioastronomía comenzó a dominar las nuevas detecciones, y la astronomía submilimétrica también se volvió importante a partir de la década de 1990. ^{[ 3 ]}

El inventario de moléculas detectadas está muy sesgado hacia ciertos tipos que son más fáciles de detectar. Por ejemplo, la radioastronomía es más sensible a las moléculas lineales pequeñas con un alto dipolo molecular . ^{[ 3 ]} La molécula más común en el Universo, H ₂ ( hidrógeno molecular ), es completamente invisible para los radiotelescopios porque no tiene dipolo; ^{[ 3 ]} sus transiciones electrónicas son demasiado energéticas para los telescopios ópticos, por lo que la detección de H ₂ requirió observaciones ultravioleta con un cohete sonda . ^{[ 6 ]} Las líneas vibracionales a menudo no son específicas de una molécula individual, lo que permite identificar solo la clase general. Por ejemplo, las líneas vibracionales de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) se identificaron en 1984, ^{[ 7 ]} mostrando que la clase de moléculas es muy común en el espacio, ^{[ 8 ]} pero se tardó hasta 2021 en identificar algún HAP específico a través de sus líneas rotacionales. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Una de las fuentes más ricas para detectar moléculas interestelares es Sagitario B2 (Sgr  B2), una nube molecular gigante cerca del centro de la Vía Láctea . Aproximadamente la mitad de las moléculas que se enumeran a continuación se encontraron por primera vez en Sgr  B2, y muchas de las demás se han detectado allí posteriormente. ^{[ 11 ]} Muchas de las moléculas más grandes se detectaron por primera vez en otra nube molecular, TMC-1 . Una fuente rica de moléculas circunestelares es CW Leonis (también conocida como IRC +10216), una estrella de carbono  cercana , donde se han identificado alrededor de 50 moléculas. ^{[ 12 ]} No hay un límite claro entre los medios interestelares y circunestelares, por lo que ambos se incluyen en las tablas a continuación.

La disciplina de la astroquímica incluye comprender cómo se forman estas moléculas y explicar sus abundancias. La densidad extremadamente baja del medio interestelar no es propicia para la formación de moléculas, lo que hace que las reacciones convencionales en fase gaseosa entre especies neutras (átomos o moléculas) sean ineficientes. Muchas regiones también tienen temperaturas muy bajas (típicamente 10 kelvin dentro de una nube molecular), lo que reduce aún más las tasas de reacción, o altos campos de radiación ultravioleta, que destruyen las moléculas a través de la fotoquímica . ^{[ 13 ]} Explicar las abundancias observadas de moléculas interestelares requiere calcular el equilibrio entre las tasas de formación y destrucción utilizando la química de iones en fase gaseosa (a menudo impulsada por rayos cósmicos ), la química de superficie en el polvo cósmico , la transferencia radiativa incluida la extinción interestelar y redes de reacción sofisticadas . ^{[ 14 ]} El uso de líneas moleculares para determinar las propiedades físicas de los objetos astronómicos se conoce como astrofísica molecular .

Las siguientes tablas enumeran las moléculas detectadas en el medio interestelar o la materia circunestelar, agrupadas por el número de átomos que las componen . Las moléculas neutras y sus iones moleculares se enumeran en columnas separadas; si no hay ninguna entrada en la columna de moléculas, solo se ha detectado la forma ionizada. Las designaciones (nombres de las moléculas) son las utilizadas en la literatura científica que describe la detección; si no se proporcionó ninguna, el campo se deja en blanco. La masa se indica en daltons . Las moléculas deuteradas , que contienen al menos un átomo de deuterio ( ^²H ), tienen masas ligeramente diferentes y se enumeran en una tabla aparte. El número total de especies únicas, incluidos los distintos estados de ionización, se indica en el encabezado de cada sección.

La mayoría de las moléculas detectadas hasta ahora son orgánicas . La única molécula inorgánica detectada con cinco o más átomos es SiH₄ _. [ ^{15 ] Todas} las moléculas más grandes tienen al menos un átomo de carbono, sin enlaces N−N ni O−O. ^{[ 15 ]}

Diatómico (45)

Triatómico (45)

Cuatro átomos (31)

Cinco átomos (21)

Seis átomos (16)

Siete átomos (16)

Ocho átomos (14)

Diez o más átomos (29)

Varias sustancias químicas derivadas de poliinos se encuentran entre las moléculas más pesadas halladas en el medio interestelar.

Todas estas moléculas contienen uno o más átomos de deuterio , un isótopo más pesado del hidrógeno .

En la literatura científica se han publicado evidencias de la existencia de las siguientes moléculas, pero los autores describen sus detecciones como provisionales o bien otros investigadores las han cuestionado. Se espera una confirmación independiente.