Processi chimici negli spazi interstellari

The development of the sciences concerning the cosmos, astronomy among the first, probably originated at the dawn of civilization, despite this what we know today is still relatively a bit and this is the reason why, especially in recent times, the research was expanded and new disciplines developed. Astrochemistry is one of these disciplines, that is an area of chemistry that deals with chemical compounds present in interstellar space, analyzing their reactions; it is an interdisciplinary study that focuses on the molecular gas clouds present in interstellar space, analyzing their formation, their complexity, interaction and destruction. In this thesis we will begin by laying the foundations for the observation of the universe by treating its chemical composition and the origin of the chemical elements. We will give a brief introduction to the celestial objects that compose it, starting from galaxies to planets, focusing on those that are the greatest source of information on the formation of complex molecules and the origin of life. The real object of in-depth analysis will instead be the molecular clouds. We will briefly discuss the origins and basic concepts of Astrochemistry, with particular emphasis on microwave spectroscopy, to which an entire paragraph is dedicated, given its relevance as an investigation tool for the discovery of new molecular species. Starting from a description of the methodology, its characteristics, difficulties and advantages of the application are discussed. Some examples of chemical reactions of interstellar interest will then be analyzed and described in greater detail, both involving the gas phase and those involving interstellar dust grains. In the final chapter we will highlight some of the molecules revealed in the interstellar medium that have assumed particular relevance for issues related to prebiotic chemistry and the appearance of life on our planet. The interest of these astrochemical studies is not exclusively linked to the simple discovery of the molecular basis of the universe, to the kinetic aspects, to the detection of molecules but also to the link between the formation of simple molecules and that of complex molecules such as molecules characteristic of systems living. Most of the molecules known to date in the ISM have been discovered recently, mainly starting from the 70s of the twentieth century with an increase in the last decade, thanks also to the increasingly better instruments made available to scholars; in the same way, the discovery of new planets and moons is also very topical, especially in terms of their potential habitability; these are signs of the growing interest in this branch of research. Although the road to achieving a good degree of molecular knowledge of the different interstellar regions is still long, it seems fair to assume that in the near future we will be able to study these processes with greater ease, and perhaps one day we will be able to go beyond the now known Universe.

Lo sviluppo delle scienze che riguardano il cosmo, l’astronomia tra le prime, ha probabilmente origine agli albori della civiltà, nonostante ciò però quel che sappiamo ad oggi è ancora relativamente poco ed è questo il motivo per cui, soprattutto in tempi recenti, la ricerca è stata ampliata e si sono sviluppate nuove discipline. L’astrochimica è una di queste discipline, ovvero un settore della chimica che si occupa dei composti chimici presenti nello spazio interstellare, analizzandone le reazioni; si tratta di uno studio dal carattere interdisciplinare che si concentra sulle nubi di gas molecolari presenti nello spazio interstellare, analizzandone la formazione, la complessità, l'interazione e la distruzione. In questa tesi si inizierà ponendo le basi dell’osservazione dell’universo trattandone la composizione chimica e l’origine degli elementi chimici. Destineremo una breve introduzione agli oggetti celesti che lo compongono, partendo dalle galassie fino ai pianeti, ponendo l’attenzione su quelli che sono maggior fonte di informazioni sulla formazione delle molecole complesse e sull’origine della vita. Vero oggetto d’analisi di approfondimento saranno invece le nubi molecolari. Si tratteranno brevemente le origini e i concetti base dell’Astrochimica, con particolare enfasi alla spettroscopia a microonde, a cui viene dedicato un intero paragrafo, vista la rilevanza come strumento di indagine per la scoperta di nuove specie molecolari. Partendo da una descrizione della metodologia sono trattate le sue caratteristiche, le difficoltà e i vantaggi dell’applicazione. Verranno poi analizzati e descritti in maggior dettaglio alcuni esempi di reazioni chimiche di interesse interstellare, sia coinvolgenti la fase gassosa che quelle coinvolgenti i grani di polvere interstellare. Nel capitolo finale verranno evidenziate alcune delle molecole rivelate nel mezzo interstellare che hanno assunto particolare rilevanza per i temi legati alla chimica prebiotica e alla comparsa della vita sul nostro pianeta. L’interesse di questi studi astrochimici non è legato esclusivamente alla semplice scoperta delle basi molecolari dell’universo, agli aspetti cinetici, alla rilevazione delle molecole ma anche al legame tra la formazione di molecole semplici e quella di molecole complesse come le molecole caratteristiche di sistemi viventi. La maggior parte delle molecole note ad oggi nell’ISM sono state scoperte in tempi recenti, principalmente a partire dagli anni ’70 del XX secolo con un incremento nell’ultimo decennio, grazie anche alle strumentazioni via via migliori messe a disposizione degli studiosi; allo stesso modo anche la scoperta di nuovi pianeti e lune è molto attuale, soprattutto nell’ottica della loro potenziale abitabilità; questi sono segnali del crescente interesse nei confronti di questa branca della ricerca. Nonostante la strada per raggiungere un buon grado di conoscenza molecolare delle diverse regioni interstellari sia ancora lunga, sembra giusto supporre che in un futuro prossimo saremo in grado di studiare questi processi con maggiore facilità, e forse un giorno potremo spingerci oltre l’Universo ora conosciuto.