Un nuovo studio in Lettere di revisione fisica rivela che la serie di picchi di banda infrarossa (IR), nota collettivamente come emissione IR cosmica non identificata, nasce come conseguenza del comportamento ondulatorio degli elettroni delocalizzati nei composti idrocarburici. Un aspetto essenziale di questi composti è che subiscono trasformazioni strutturali innescate dall'assorbimento della luce stellare. Queste trasformazioni descritte come difetti influenzano il moto ondoso degli elettroni delocalizzati, questo è, elettroni che si muovono liberamente attraverso più legami carbonio-carbonio negli idrocarburi di tipo aromatico. Lo studio suggerisce che le caratteristiche spettrali dell'emissione cosmica siano spiegate integralmente descrivendo il movimento degli elettroni delocalizzati attorno ai difetti strutturali. Questo risultato offre un quadro fisico in grado di spiegare una gamma completa di dettagli spettrali osservativi in ​​questo problema scientifico di lunga data.

Un fenomeno cosmico a lungo dibattuto associato alla polvere di stelle è il verificarsi universale delle caratteristiche dei picchi di emissione infrarossa, note collettivamente come bande di emissione infrarossa non identificata (UIE). Per decenni, questa emissione cosmica è stata spiegata sulla base di molecole planari di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) che fluttuano liberamente nello spazio. Però, prove crescenti supportano l'idea che abbia origine negli stessi idrocarburi amorfi della polvere di stelle campionati dai meteoriti. Eppure molte domande rimangono. In particolare, i ricercatori si chiedono quale sia la struttura chimica media dei composti di polvere di stelle responsabili di questo fenomeno. È possibile spiegare le caratteristiche spettrali osservate sulla base di tale struttura?

Nello spazio, si pensa che i composti contengano carbonio aromatico sotto forma di anelli esagonali fusi, che assomigliano a unità di filo di pollo. Queste unità aromatiche si riscaldano quando assorbono la luce delle stelle, e successivamente raffreddati mediante emissione infrarossa ad energie corrispondenti alle frequenze alle quali vibrano i legami carboniosi aromatici. Inoltre, l'assorbimento della luce stellare può anche innescare cambiamenti strutturali (fotochimici) in cui gli anelli esagonali adottano altre geometrie considerate anelli difettosi.

Il nuovo studio basato sulla teoria del funzionale della densità mostra che le oscillazioni degli elettroni delocalizzate migliorano le vibrazioni dei legami aromatici del carbonio. Questo effetto è in grado di spiegare le variazioni di flusso di banda dell'emissione cosmica, ed emerge grazie alla natura ondulatoria degli elettroni. In particolare, si è inoltre scoperto che l'inclusione di difetti nelle unità aromatiche influenza l'oscillazione dell'onda elettronica delocalizzata in modi che sintonizzano le frequenze di emissione in intervalli spettrali che assomigliano ai modelli di banda osservati. Per molto tempo, semplici strutture planari, come gli IPA, sono stati presi come l'origine dell'emissione ma questa attribuzione non fornisce alcuna comprensione sul modo in cui questi modelli di bande emergono. Ora, perché i difetti sono un risultato naturale del trattamento stellare della materia polverosa nello spazio, questo risultato offre un quadro fisico coerente che può spiegare una gamma completa di caratteristiche del modello spettrale dell'emissione cosmica man mano che la struttura chimica dei composti si trasforma.

Questo studio fornisce informazioni fondamentali sulla struttura chimica dei composti implicati. L'oscillazione dell'onda elettronica delocalizzata (e quindi l'emissione cosmica) dipende fortemente dalla geometria del bordo strutturale delle unità aromatiche. Ciò pone vincoli stringenti alla struttura chimica dato che le bande osservate sembrano piuttosto simili indipendentemente dal tipo di sorgente astrofisica. Per spiegare questa somiglianza, lo studio discute che le unità aromatiche, indipendentemente dai loro bordi, dovrebbe esistere sotto il confinamento da un mezzo disordinato fatto di catene di idrocarburi sature (alifatici), che potrebbe annullare il moto ondoso elettronico ai bordi del bordo (a causa delle interferenze delle onde). Ciò fornisce un meccanismo compatibile in grado di spiegare la regolarità della banda di emissione osservata. Come conseguenza, ciò implica che i composti responsabili dell'emissione cosmica siano strutture amorfe costituite da una disposizione disordinata intrecciata di aromatici e alifatici in accordo con l'interpretazione della polvere di stelle.