Le culle interstellari dei mattoni della vita

È comune opinione che le nubi interstellari facciano parte del ciclo del mezzo interstellare, secondo cui i gas e le polveri, materia prima per la formazione di nuove stelle, passano dalle nubi ad esse e, al termine della loro esistenza, tornino nuovamente a costituire nubi, formando il materiale di partenza per una successiva generazione di stelle.
In luce visibile, sono caratterizzate dal tipico colore rosso, causato dalla forte linea di emissione dell'idrogeno a 656,3 nanometri (linea H-a). Oltre all'idrogeno si trovano, in misura minore, anche altre specie atomiche; in particolare si osservano comunemente le linee dell'ossigeno, dell'azoto e dello zolfo.
Le nubi interstellari si formano dall'addensarsi di un mezzo interstellare inizialmente molto rarefatto, con una densità compresa tra 0,1 e 1 particella per cm3. La normale dispersione di energia sotto forma di radiazione nell'infrarosso lontano (meccanismo questo assai efficiente) causa un raffreddamento progressivo del mezzo, che determina un incremento della densità e fa sì che la materia del mezzo si addensi in regioni specifiche; man mano che il raffreddamento prosegue, tali nubi divengono sempre più dense. Quando la densità raggiunge un valore di 1000 particelle al cm3, la nube diviene opaca alla radiazione ultravioletta galattica; tali condizioni permettono agli atomi di idrogeno di combinarsi in molecole biatomiche (H2), tramite meccanismi che vedono coinvolte le polveri in qualità di catalizzatori; la nube interstellare diviene ora una nube molecolare. Nella categoria delle nubi molecolari sono annoverate le nebulose oscure, le nubi giganti, i globuli di Bok e i cirri infrarossi.
Qualora la quantità di polveri all'interno della nube sia tale da bloccare la radiazione luminosa visibile proveniente dalle regioni retrostanti, essa appare nel cielo come una nebulosa oscura.
L'analisi della composizione delle nubi interstellari è realizzata studiando la radiazione elettromagnetica da queste emessa. I grandi radiotelescopi analizzano l'intensità di particolari frequenze che sono caratteristiche dello spettro di determinate molecole. Possiamo in questo modo produrre una mappa dell'abbondanza di queste molecole e comprendere le diverse composizioni delle nubi. Molte nubi interstellari sono fredde e tendono a emettere radiazione elettromagnetica di grande lunghezza d'onda. Nelle nubi calde spesso sono presenti ioni di molti elementi i cui spettri possono essere osservati nella luce visibile e ultravioletta.
I radiotelescopi possono analizzare anche tutte frequenze emesse da un determinato punto, registrando le intensità di ogni tipo di molecola. L'intensità del segnale è proporzionale all'abbondanza dell'atomo o la molecola che corrisponde a quella frequenza.
Normalmente circa il 70% della massa delle nubi interstellari è composto da idrogeno, mentre la restante percentuale è in prevalenza elio con tracce di elementi più pesanti, detti metalli, quali calcio, neutro o sotto forma di cationi Ca+ (90%) e Ca++ (9%), e composti inorganici, come acqua, monossido di carbonio, acido solfidrico, ammoniaca e acido cianidrico.
Fino a poco tempo fa si pensava che il tasso delle reazioni chimiche all'interno delle nubi interstellari fosse molto lento, con pochi composti prodotti a causa delle basse temperature e densità delle nubi. Tuttavia negli spettri sono state osservate grandi molecole organiche che gli scienziati non si aspettavano di trovare in quelle condizioni. Normalmente le reazioni necessarie a crearle si presentano solamente a temperature e pressioni molto più alte. Il fatto di averle trovate indica che queste reazioni chimiche nelle nubi interstellari hanno luogo più velocemente di quanto sospettato, e non devono quindi necessariamente avvenire in ambienti planetari. Queste reazioni sono studiate nell'esperimento CRESU. Tra le molecole inattese risaltano numerosi composti organici, quali formaldeide, acido formico, etanolo e radicali (HO°, CN°). Tramite meccanismi che vedono coinvolte le polveri in qualità di catalizzatori, la nube molecolare può contenere al suo interno anche complesse molecole organiche, come amminoacidi (i cosiddetti "precursori della vita", ossia i mattoncini che costituiscono le proteine assemblate dagli organismi viventi) ed IPA. Queste si formano in seguito a reazioni chimiche tra alcuni elementi (oltre all'idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto e zolfo) che si verificano grazie all'apporto energetico fornito dai processi di formazione stellare che avvengono all'interno delle nubi.
Recentemente sono state individuate molecole di antracene in una densa nube nella direzione della stella Cernis 52, nella costellazione di Perseo, a circa 700 anni luce dal Sole. Il prossimo passo, secondo i ricercatori, sarà capire se nella stessa nube si trovano amminoacidi. Molecole prebiotiche come l'antracene possono infatti produrre amminoacidi e altri composti essenziali per lo sviluppo della vita quando sono soggette a radiazioni ultraviolette o combinate con acqua e ammoniaca. Nello stesso luogo sono state trovate anche altre molecole organiche, come il naftalene, a conferma che è stata scoperta una regione ricca di chimica prebiotica. Finora l'antracene è stato individuato solo nei meteoriti e mai nel mezzo interstellare. Forme ossidate di queste molecole, spiegano gli esperti, sono comuni nei sistemi viventi e sono attive biochimicamente. Sul nostro pianeta, l'antracene ossidato è, per esempio, un componente dell'aloe e ha proprietà antinfiammatorie.