Co-autori dott. Arunlibertsen Lawzer e dr. Thomas Custer della ricerca dimostrano le molecole di interesse astrochimico al Planetario del Copernicus Science Center. Fonte:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski Credito:Istituto di chimica fisica, Accademia polacca delle scienze
Guardando il cielo notturno, i propri pensieri potrebbero essere attratti dall'astrochimica. Quali molecole si trovano nei vasti spazi tra le stelle? Vedremmo le stesse molecole che ci circondano qui sulla Terra? O alcuni di loro sarebbero più esotici, qualcosa di raramente osservato o addirittura sconosciuto?
Una recente ricerca di un team multinazionale guidato dal Prof. Robert Kołos dell'Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia polacca delle scienze ha rivelato una molecola insolita ottenuta e rilevata per la prima volta in condizioni di laboratorio e ha anche spianato la strada alla produzione e ulteriori studi un altro. Ora che possono essere visti e studiati, possono rivelarsi degni di più ampio interesse astrochimico.
Nubi interstellari:dove inizia la storia...
Il mezzo che permea lo spazio tra le stelle è principalmente pieno di idrogeno, elio, e polvere cosmica. Però, le distanze medie tra gli atomi o le molecole in queste nuvole interstellari sono così vaste che possono passare giorni interi prima che si scontrino. Nel vuoto dello spazio, il passare del tempo e l'impatto delle radiazioni sono fattori cruciali per lo sviluppo di composti chimici più avanzati.
Poiché le condizioni fisiche che si trovano nelle nuvole interstellari sono drasticamente diverse da quelle del nostro pianeta, il rilevamento di alcuni dei composti chimici presenti in essi richiede studi avanzati sulla Terra. Come parte di questo, gli scienziati creano molecole che sono normalmente instabili nelle condizioni della Terra e quindi conducono ricerche sulle loro proprietà. Li scoprono prima sulla Terra in modo che possiamo rilevarli più facilmente nello spazio. Sembra interessante, ma come appare in pratica?
Serraglio di fosforo
Giove e Saturno sono stati sotto i riflettori nel nostro sistema solare per più di due decenni a causa del rilevamento della fosfina (PH 3 ), analogo dell'ammoniaca, nelle loro atmosfere. Nel 2020, tutti gli occhi si sono spostati verso Venere in seguito alle affermazioni che PH 3 era stato trovato anche nella sua atmosfera. L'aspetto della fosfina in un oggetto astronomico è importante a causa della sua enorme importanza per gli organismi viventi.
Le molecole contenenti fosforo sono fondamentali per i processi enzimatici responsabili della formazione dei materiali strutturali dei nostri scheletri, acidi nucleici come DNA e RNA, e persino il trasporto di energia in tutte le cellule viventi. Sebbene sia il sesto elemento più abbondante nella biomassa terrestre e il dodicesimo più abbondante sul pianeta in generale, è un miliardo di volte meno abbondante nel mezzo interstellare. A causa della loro rarità, il rilevamento di molecole contenenti P nelle nuvole interstellari continua ad incuriosire gli scienziati.
Sappiamo molto poco del comportamento e dell'esistenza di molecole contenenti P in condizioni interstellari estreme. Solo alcuni sono stati trovati e sono limitati a PN, PC, PO, HCP, PCC, PH 3 , e NCCP. Di questi solo PO e PN sono stati rilevati nelle nubi molecolari. È possibile che la bassa abbondanza di reagenti contenenti fosforo in tali mezzi renda la formazione di molecole più grandi piuttosto rara e difficile da rilevare. Abbiamo anche bisogno di caratterizzare una più ampia varietà di sostanze chimiche contenenti P in modo che la nostra ricerca possa essere ampliata per includere una selezione più ampia di obiettivi appropriati. La ricerca di nuove molecole è impegnativa poiché molte specie note e promettenti contenenti P sono instabili in condizioni tipiche di laboratorio.
I ricercatori IPC PAS:Dr. Arun-Libertsen Lawzer, Dott. Thomas Custer, e il prof. Robert Kolos, lavorando in collaborazione con il Prof. Jean-Claude Guillemin dell'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (Francia) hanno recentemente presentato un efficiente, Sintesi criogenica assistita da luce UV della molecola HCCP, aprendo nuove possibilità per l'indagine spettroscopica di questo insolito composto chimico. È stato rilevato utilizzando la spettroscopia infrarossa e UV-vis. Questa caratterizzazione dovrebbe essere utile per eventuali futuri rilevamenti extraterrestri.
"Usiamo l'ultravioletto per deidrogenare le molecole organiche contenenti fosforo per produrre specie esotiche di fosforo. Siamo stati in grado di produrre HCCP tripletta che è una molecola di importanza astrochimica. Il trucco per rilevarla sta nell'usare l'ambiente di un gas inerte congelato, "osserva il dottor Lawzer.
Gli esperimenti condotti nell'ambito del progetto, e studi teorici pertinenti mostrano che la molecola ha una forma lineare e un legame chimico peculiare. Il prof. Kołos commenta:"Potresti aver sentito ai tempi della scuola che il fosforo era 3- o 5-valente nei suoi composti chimici. Bene, qui è monovalente, sfoggiando un unico legame al carbonio. Questo è davvero piuttosto insolito."
I ricercatori hanno anche confermato l'esistenza di CH 2 =C=PH (fosfaallene), una molecola mai osservata prima. Si è formato lungo il percorso che porta da CH 3 CP (la specie precursore) di HCCP.
Esperimenti supportati da calcoli di chimica quantistica, recentemente segnalato in Angewandte Chemie , hanno dimostrato quello che una volta era solo un costrutto teorico. "Se chiedessi a un normale farmacista, alcune delle specie più importanti del serraglio astrochimico verrebbero probabilmente ridicolizzate come semplici frammenti molecolari piuttosto che autentiche molecole, " ammette il prof. Kołos.
La caratterizzazione in laboratorio di composti esotici come HCCP e CH 2 =C=PH segna un passo importante verso il loro rilevamento extraterrestre. E tali rilevamenti aumenterebbero notevolmente le nostre conoscenze sull'astrochimica del fosforo. Questo dovrebbe ispirare ancora più scienziati a guardare verso le stelle in alto...
