I ricercatori stanno pianificando di sintetizzare una classe di composti chimici per determinare se sono un elemento importante per la creazione di galassie.
Il team dell'Imperial College di Londra ha ricevuto un finanziamento iniziale dall'Institute of Molecular Science and Engineering (IMSE) per portare avanti un nuovo progetto. L'obiettivo è utilizzare la chimica di sintesi per preparare diversi idrocarburi aza-policiclici aromatici (aza-IPA) che si propone di far parte del mezzo interstellare. I composti bersaglio sono molto rari sulla Terra e potrebbero contenere la chiave per capire di più sulla nascita delle stelle, e la formazione di sistemi solari e galassie.
Professor Mark Sephton, Direttore del Dipartimento di Scienze e Ingegneria della Terra, insieme al dottor Wren Montgomery, anche dal dipartimento, stanno collaborando con il dottor Matthew Fuchter, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial. Questo gruppo è uno dei primi, insieme ad altri sei nuovi progetti di ricerca per ricevere finanziamenti dall'iniziativa di finanziamento seed proof-of-concept di IMSE.
Colin Smith ha incontrato i dottori Montgomery e Fuchter per saperne di più sugli aza-IPA e su cosa potrebbe significare sintetizzarli in laboratorio per la nostra comprensione dell'universo.
Dottor Wren Montgomery, Dipartimento di Scienze e Ingegneria della Terra
Cosa sono gli aza-IPA?
Questi sono costituiti da anelli di atomi di carbonio insieme ad alcuni atomi di azoto. Gli scienziati li classificano come "più piccoli" o "più grandi" a seconda del numero di anelli di carbonio che contengono.
Dove si trovano?
Sulla terra, gli aza-IPA più piccoli (da due a tre anelli) sono inquinanti associati all'asfalto e al catrame.
Fuori nell'universo più ampio, si pensa che aza-IPA più grandi (sette anelli o più) siano una parte fondamentale del mezzo interstellare (ISM). Questa è la materia che esiste nello spazio tra i sistemi stellari nelle galassie. Questa materia include il gas ionico, atomico, e forme molecolari, così come polvere e raggi cosmici. Riempie lo spazio interstellare e si fonde dolcemente con lo spazio intergalattico circostante.
Gli scienziati ritengono che gli aza-IPA più grandi siano ingredienti importanti nell'ISM, ma non è stato in precedenza possibile ottenere abbastanza campioni puri di questi sulla Terra per effettuare misurazioni in laboratorio per determinare se questa ipotesi è corretta.
In che modo questo finanziamento iniziale ci aiuterà a saperne di più su di loro?
Stiamo progettando di creare aza-IPA sintetici in laboratorio e studiarli utilizzando un dispositivo chiamato spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR), che utilizza la luce nello spettro infrarosso per studiare le molecole in dettaglio.
Attualmente, gli astronomi usano strumenti a infrarossi per studiare l'ISM. Abbiamo in programma di fare un confronto diretto tra i nostri campioni sintetizzati e l'ISM effettivo. Questo ci aiuterà a rivelare la natura e la distribuzione degli elementi costitutivi organici del cosmo e dei suoi sistemi planetari.
Abbiamo anche in programma di studiare gli aza-IPA in ambienti ad alta pressione. Questo ci aiuterà a capire come vengono alterati o eventualmente distrutti dai processi di formazione di stelle e pianeti.
Se crei con successo aza-IPA in laboratorio, cosa potrebbe dirci dell'universo?
in primo luogo, avere un campione può verificare i modelli esistenti sviluppati dagli scienziati e dirci se gli aza-IPA sono presenti o meno nell'ISM.
Se sono presenti, allora il loro comportamento ad alta pressione ci dirà qualcosa su cosa succede loro quando la nube molecolare si condensa e forma i pianeti. Sono molto scarsi sulla Terra oggi, quindi forse il nostro lavoro può far luce su dove sono andati.
Quali sono alcune delle sfide di questo progetto?
Questa classe di composti chimici sarà molto difficile da "produrre" in laboratorio. Copriremo un nuovo terreno in termini di come lavoriamo con Mark Fuchter nel Dipartimento di Chimica dell'Imperial. Una delle grandi sfide per noi sarà quella di trovare un modo per le nostre due diverse scienze di "parlare" tra loro in modo da poter raggiungere i nostri obiettivi. Sarà un processo molto eccitante e creativo.
Dottor Matthew Fuchter, Dipartimento di Chimica
Quali qualità uniche porterai in questo progetto?
Il mio gruppo ha esperienza in chimica sintetica:la capacità di costruire molecole più complesse da semplici precursori.
In particolare, abbiamo sviluppato metodi per costruire composti aromatici policiclici - una classe molecolare target chiave per la nostra ricerca - e quindi abbiamo il background corretto per provare a costruire le molecole target necessarie per questo progetto.
Perché è importante questo finanziamento di semina?
Queste molecole bersaglio non sono mai state prodotte in quantità sufficienti per essere completamente caratterizzate dagli scienziati, quindi la loro sintesi e studio sarebbe una prima mondiale.
Ci sono altre applicazioni per questa ricerca?
Al di fuori degli obiettivi specifici di questo progetto, i composti chimici dovrebbero avere altre interessanti applicazioni. Per esempio, potrebbero essere utilizzati nella costruzione di dispositivi elettronici organici. Un esempio chiave dell'attuale tecnologia elettronica organica sono i diodi emettitori di luce, che sono attualmente utilizzati nei display degli smartphone.
Il mio gruppo, insieme ai collaboratori del Dipartimento di Fisica dell'Imperial, ha un programma di ricerca in corso, che riguarda l'uso di nuove molecole aromatiche condensate in nuovi dispositivi e materiali. Perciò, questo progetto potrebbe inoltre seminare altre nuove direzioni di ricerca per me e per i miei collaboratori.
Quali sono i vantaggi di essere allineati con IMSE?
Uno degli obiettivi chiave di IMSE è promuovere nuove collaborazioni tra tutte e quattro le facoltà dell'Imperial attorno a ambiziosi progetti di grande sfida. Attraverso il loro schema di finanziamento iniziale, Segnare, Wren e io abbiamo stabilito una nuova collaborazione tra dipartimenti con punti di forza complementari per lavorare su un entusiasmante, nuova area progettuale integrata.
