Un ingegnere chimico del Caltech che normalmente sviluppa nuovi modi per fabbricare microprocessori nei computer ha scoperto come spiegare un fastidioso mistero nello spazio:perché le comete espellono il gas ossigeno, lo stesso gas che respiriamo noi umani.

La scoperta che le comete producono ossigeno gassoso, noto anche come ossigeno molecolare o O2, è stata annunciata nel 2015 dai ricercatori che studiavano la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko con la navicella spaziale Rosetta dell'Agenzia spaziale europea. La missione ha trovato inaspettatamente abbondanti livelli di ossigeno molecolare nell'atmosfera della cometa. L'ossigeno molecolare nello spazio è altamente instabile, poiché l'ossigeno preferisce accoppiarsi con l'idrogeno per produrre acqua, o carbonio per produrre anidride carbonica. Infatti, L'O2 è stato rilevato solo due volte prima nello spazio nelle nebulose di formazione stellare.

Gli scienziati hanno proposto che l'ossigeno molecolare sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko potrebbe essersi scongelato dalla sua superficie dopo essere stato congelato all'interno della cometa dall'alba del sistema solare 4,6 miliardi di anni fa. Ma le domande persistono perché alcuni scienziati affermano che l'ossigeno avrebbe dovuto reagire con altre sostanze chimiche per tutto quel tempo.

Professore di ingegneria chimica al Caltech, Konstantinos P. Giapis, ha iniziato a esaminare i dati di Rosetta perché le reazioni chimiche che si verificano sulla superficie della cometa erano simili a quelle che ha eseguito in laboratorio negli ultimi 20 anni. Giapis studia le reazioni chimiche che coinvolgono atomi carichi ad alta velocità, o ioni, collisione con le superfici dei semiconduttori come mezzo per creare chip per computer più veloci e memorie digitali più grandi per computer e telefoni.

"Ho iniziato a interessarmi allo spazio e cercavo luoghi in cui gli ioni sarebbero stati accelerati contro le superfici, " dice Giapis. "Dopo aver esaminato le misurazioni fatte sulla cometa di Rosetta, in particolare per quanto riguarda le energie delle molecole d'acqua che colpiscono la cometa, tutto ha fatto clic. Quello che studio da anni sta accadendo proprio qui su questa cometa".

In un nuovo Comunicazioni sulla natura studio, Giapis e il suo coautore, lo studioso postdottorato Yunxi Yao, dimostrare in laboratorio come la cometa potrebbe produrre ossigeno. Fondamentalmente, molecole di vapore acqueo fuoriescono dalla cometa mentre il corpo cosmico viene riscaldato dal sole. Le molecole d'acqua vengono ionizzate, o addebitato, dalla luce ultravioletta del sole, e poi il vento del sole spinge le molecole d'acqua ionizzata verso la cometa. Quando le molecole d'acqua colpiscono la superficie della cometa, che contiene ossigeno legato a materiali come ruggine e sabbia, le molecole prelevano un altro atomo di ossigeno da queste superfici e si forma O2.

In altre parole, la nuova ricerca implica che l'ossigeno molecolare trovato da Rosetta non deve necessariamente essere primordiale, ma può essere prodotto in tempo reale sulla cometa.

"Abbiamo dimostrato sperimentalmente che è possibile formare dinamicamente ossigeno molecolare sulla superficie di materiali simili a quelli trovati sulla cometa, " dice Yao.

"Non avevamo idea quando abbiamo costruito le nostre configurazioni di laboratorio che avrebbero finito per applicarsi all'astrofisica delle comete, " dice Giapis. "Questo meccanismo chimico originale si basa sulla classe raramente considerata delle reazioni di Eley-Rideal, che si verificano quando le molecole in rapido movimento, acqua in questo caso, collidono con le superfici ed estraggono gli atomi che vi risiedono, formazione di nuove molecole. Tutte le condizioni necessarie per tali reazioni esistono sulla cometa 67P."

Altri corpi astrofisici, come i pianeti oltre il nostro sistema solare, o pianeti extrasolari, potrebbe anche produrre ossigeno molecolare con un meccanismo "abiotico" simile, senza bisogno di vita. Ciò potrebbe influenzare il modo in cui i ricercatori cercheranno segni di vita sugli esopianeti in futuro.

"L'ossigeno è una molecola importante, che è molto sfuggente nello spazio interstellare, " dice l'astronomo Paul Goldsmith di JPL, che è gestito da Caltech per la NASA. Goldsmith è lo scienziato del progetto della NASA per la missione Herschel dell'Agenzia spaziale europea, che ha effettuato la prima rilevazione confermata di ossigeno molecolare nello spazio nel 2011. "Questo meccanismo di produzione studiato nel laboratorio del professor Giapis potrebbe operare in una vasta gamma di ambienti e mostra l'importante connessione tra studi di laboratorio e astrochimica".

Il Comunicazioni sulla natura l'articolo è intitolato "Produzione dinamica di ossigeno molecolare in comete cometarie".