Investigação de laboratório de bombardeio de agentes ionizantes em gelos ricos em metanol e etanol : implicação na lua de Saturno e outros ambientes astrofísicos

Nas regiões frias do espaço, a presença de radiação na faixa de UV, raios-X e raios cósmicos tem excitado, ionizado e dissociado moléculas, permitindo que ocorram novos canais de reação química (tanto em fase gasosa quanto em gelos) e, com isso, produzindo espécies químicas novas e aumentando a complexidade dessas regiões. Em particular, os gelos astrofísicos encontrados nestas regiões frias, além de catalisar diversas reações químicas, são também um reservatório de espécies orgânicas no espaço. Neste trabalho foi experimentalmente simulada a interação de dois gelos com a radiação ionizante. O primeiro experimento foi realizado com elétrons rápidos (1 keV) em uma amostra de metanol e amônia (CH3OH:NH3) na proporção de 10 partes de metanol para cada 1,4 partes de amônia e o segundo foi realizado através da radiação de fótons no espectro de ultravioleta e raios-X moles (6 a 2000 eV) em uma amostra de etanol puro (CH3CH2OH) que reproduzem as condições físico-químicas de alguns ambientes espaciais como o satélite natural Encélado de Saturno, gelos dentro de nuvens moleculares, gelos nas vizinhanças de objetos compactos (fontes importantes de raios-X), entre outros. O metanol foi encontrado na fase sólida em regiões frias, como superfícies de cometas, gelos nas proximidades de objetos estelares jovens e discos protoplanetários, bem como (na fase gasosa) em diferentes regiões do meio interestelar e interplanetário. A amônia (NH3) também foi detectada no meio interestelar em gelos astrofísicos isolados ou na superfície de Encélado, em conjunto com o metanol. O etanol, por sua vez, foi detectado no meio interestelar em nuvens moleculares como Sagittarius B2, em nebulosas como Orion KL e tem traços identificados nas proximidades de Saturno. Os experimentos foram realizados em gelos produzidos utilizando uma câmara portátil de alto vácuo do Laboratório de Astroquímica e Astrobiologia (LASA/UNIVAP) acoplada à linha de luz de monocromador de grade esférica (SGM) no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas e em um canhão de elétrons no LASA em São José dos Campos. Os espectros de CH3OH:NH3 irradiada com elétrons apresentaram a formação das espécies filhas CO2, CO e OCN-, cujas seções de choque de formação experimental foram determinadas como 3,8 × 10-19 cm2, 3,1 × 10-19 cm2 e como 3,5 × 10-19 cm2 respectivamente. Já a seção de choque efetiva de destruição de CH3OH foi de 3,3 × 10-19 cm2 e de NH3 foi de 5,0 × 10-21 cm2. Os espectros de CH3CH2OH irradiada com raios-X moles apresentaram a formação das espécies filhas CO2, CO, H2O, CH4, CH3(CO)CH3 (acetona), e CH3COOH (ácido acético), cujas seções de choque de formação experimental foram determinadas como 7,5 × 10-19 cm2, 2,8 × 10-18 cm2, 4,4 × 10-19 cm2, 3,4 × 10-18 cm2, 2,2 × 10-18 cm2 e como 1,1 × 10-18 cm2 respectivamente. Já a seção de choque efetiva de destruição de CH3CH2OH foi de 9,9 × 10-18 cm2. Os valores de abundância percentual de cada espécie (EBR%) após o equilíbrio químico do sistema ser atingido foram, também, determinados: para moléculas irradiadas com elétrons rápidos assumindo os valores de CH3OH (62,4 %), CO (14,2 %), Espécies Desconhecidas (11,5 %), NH3 (7,8 %), CO2 (3,2 %) e OCN- (0,9 %); para moléculas irradiadas com raios-X moles assumindo os valores de CH3CH2OH (48,2 %), CH4 (21,3 %), Espécies Desconhecidas (15,4 %), H2O (7,1%), CH3(CO)CH3 (5,0 %), CO (2,3 %), CH3COOH (0,4 %) e CO2 (0,3 %). A partir dos dados obtidos foram realizadas estimativas de abundâncias químicas em Encélado e outros ambientes do cenário astrofísico atual.