Un estudio internacional liderado por personal investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) presenta la primera detección segura del radical metilo (CH₃) en el entorno de una estrella evolucionada rica en carbono. La molécula ha sido hallada con el telescopio espacial James Webb (JWST) en SMP LMC 011, una estrella moribunda de la Gran Nube de Magallanes, y apunta a una vía inesperada para construir las moléculas de carbono que siembran el Universo de material orgánico. Los resultados se publican en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters.

El radical metilo, CH₃, es uno de los ladrillos más simples e importantes de la química del carbono: un único átomo de carbono, tres de hidrógeno y un electrón desapareado que lo hace extremadamente reactivo, de modo que se une a casi cualquier molécula que encuentra. Esa misma reactividad hace que sea muy efímero y muy difícil de detectar en el espacio.

Además, es casi invisible para la mayoría de los telescopios. Debido a su forma simétrica, el CH₃ no emite señal en el rango de radio en el que los astrónomos detectan la mayor parte de las moléculas; solo puede identificarse a través de una vibración concreta en el infrarrojo medio, a una longitud de onda que la atmósfera terrestre bloquea. Detectarlo directamente requiere, por tanto, un observatorio espacial tan sensible como el JWST.

Una molécula que no debería ser tan abundante

Utilizando el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) a bordo del JWST, el equipo no solo detectó el CH₃, sino que determinó su abundancia, hallando niveles notablemente superiores a los previstos. La química habitual, en la que la luz ultravioleta rompe moléculas más simples como el metano, solo debería producir una cantidad modesta de metilo. Este exceso sugiere la existencia de un mecanismo desconocido hasta la fecha.

Los investigadores proponen que son los propios granos de polvo la fuente adicional. Alrededor de estas estrellas, el carbono y el hidrógeno se condensan en un material desordenado y con aspecto de hollín conocido como carbono amorfo hidrogenado (HAC, por sus siglas en inglés). El equipo sugiere que este polvo está siendo erosionado por los fotones ultravioleta de la estrella central y/o por ondas de choque, liberando radicales metilo directamente al gas circundante.

Una vuelta a la historia del polvo cósmico

El hallazgo invierte la imagen habitual de cómo se relacionan con el polvo las grandes moléculas de carbono (los hidrocarburos aromáticos policíclicos, o PAHs). Normalmente se piensa que los PAHs se forman en el gas y luego quedan atrapados en los granos de polvo. Este resultado sugiere que también puede ocurrir lo contrario: los granos pueden erosionarse y devolver al gas moléculas pequeñas y reactivas, donde el CH₃ actúa entonces como pieza básica para ensamblar nuevas moléculas en forma de anillo (aromáticas). En la práctica, el equipo propone una retroalimentación en ambos sentidos entre el polvo y la química en fase gaseosa.

Esta estrella es, además, excepcionalmente rica en benceno (C₆H₆), el anillo aromático más simple y la unidad básica de los PAHs. Los abundantes radicales metilo pueden unirse al benceno y a sus derivados; adiciones sucesivas de metilo transforman el benceno en tolueno, después en etilbenceno y, así, en aromáticos alquil-sustituidos cada vez mayores. De este modo, el CH₃ ofrece una vía para aumentar la complejidad molecular a partir del anillo aromático más sencillo.

Una segunda pista respalda esta interpretación. El equipo buscó etano (C₂H₆), que se formaría si el metilo reaccionara simplemente consigo mismo, y no lo encontró. Esto indica que el CH₃ se canaliza hacia esas reacciones de crecimiento en lugar de quedar en un callejón sin salida, alimentando la formación de moléculas aromáticas mayores como el tolueno y el etilbenceno, los primeros pasos hacia una mayor complejidad molecular.

“El radical metilo es una de las moléculas más reactivas y de vida más corta que podemos buscar en el espacio, y apenas deja una huella que los telescopios puedan ver”, explica Jialu Li, investigadora postdoctoral del IAC que ha liderado el estudio. “Detectarlo directamente y poder medir realmente cuánto hay, solo ha sido posible gracias a la extraordinaria sensibilidad del JWST”, añade.

“La cantidad de metilo que medimos es demasiado alta para explicarla con la fotoquímica habitual en fase gaseosa”, señala Domingo Aníbal García-Hernández, investigador del IAC y coautor del trabajo, que coordina la Acción COST europea NanoSpace sobre nanoestructuras de carbono en el espacio. “La explicación más probable es que los granos de polvo de carbono estén siendo erosionados por la luz ultravioleta y/o por ondas de choque, devolviendo esta molécula al gas; de manera que el polvo no solo crece, sino que también puede descomponerse y alimentar la química”, subraya.

“Las estrellas evolucionadas como esta se encuentran entre las principales fábricas de polvo de carbono y moléculas orgánicas complejas del Universo, la materia prima de futuras estrellas, planetas y, quizá, la vida”, afirma Arturo Manchado, investigador del IAC/CSIC y coautor. “Nuestro resultado identifica el radical metilo como una pieza clave de ese proceso, y nos dice que los modelos químicos actuales deben actualizarse para incluir estas reacciones”, destaca.

El estudio forma parte del proyecto internacional JWST Proto-PAH Project, que reúne a personal investigador del IAC con equipos de Canadá, Estados Unidos y Europa para rastrear cómo las moléculas de carbono más pequeñas crecen hasta formar las grandes estructuras aromáticas que impregnan el cosmos.

Artículo: J. Li, D. A. García-Hernández, A. Manchado, et al. “The JWST Proto-PAH Project: Detection of the methyl radical CH₃ in the highly evolved C-rich object SMP LMC 011”. The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/aea794

Contactos en el IAC:
Jialu Li, jialu.li [at] iac.es (jialu[dot]li[at]iac[dot]es)
Domingo Aníbal García-Hernández, agarcia [at] iac.es (agarcia[at]iac[dot]es)
Arturo Manchado, amt [at] iac.es (amt[at]iac[dot]es)