Dove hanno origine le molecole necessarie alla vita? Può essere che piccole molecole organiche siano apparse per la prima volta sulla terra e siano state successivamente combinate in molecole più grandi, come proteine ​​e carboidrati. Ma una seconda possibilità è che abbiano avuto origine nello spazio, possibilmente all'interno del nostro sistema solare. Un nuovo studio, pubblicato questa settimana su Giornale di Fisica Chimica , da AIP Publishing, mostra che un certo numero di piccole molecole organiche possono formarsi con il freddo, ambiente spaziale pieno di radiazioni.

I ricercatori dell'Università di Sherbrooke in Canada hanno creato ambienti spaziali simulati in cui sottili pellicole di ghiaccio contenenti metano e ossigeno vengono irradiate da fasci di elettroni. Quando gli elettroni o altre forme di radiazione colpiscono i cosiddetti ghiacci molecolari, avvengono reazioni chimiche e si formano nuove molecole. Questo studio ha utilizzato diverse tecniche avanzate tra cui il desorbimento stimolato da elettroni (ESD), Spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e desorbimento programmato a temperatura (TPD).

Gli esperimenti sono stati condotti in condizioni di vuoto, che è richiesto per le tecniche di analisi impiegate e imita la condizione di alto vuoto dello spazio esterno. I film congelati contenenti metano e ossigeno utilizzati in questi esperimenti imitano ulteriormente un ambiente simile allo spazio, poiché vari tipi di ghiaccio (non solo acqua congelata) si formano attorno ai grani di polvere nelle nubi molecolari dense e fredde che esistono nel mezzo interstellare. Questi tipi di ambienti ghiacciati esistono anche sugli oggetti del sistema solare, come le comete, asteroidi e lune.

Tutte queste superfici ghiacciate nello spazio sono soggette a molteplici forme di radiazioni, spesso in presenza di campi magnetici, che accelerano le particelle cariche dal vento stellare (solare) verso questi oggetti congelati. Precedenti studi hanno studiato le reazioni chimiche che potrebbero verificarsi negli ambienti spaziali attraverso l'uso di radiazioni ultraviolette o di altro tipo, ma questo è un primo sguardo dettagliato sul ruolo degli elettroni secondari.

Vengono prodotte abbondanti quantità di elettroni secondari quando radiazioni ad alta energia, come raggi X o particelle pesanti, interagire con la materia. Questi elettroni, noti anche come elettroni a bassa energia, o fecce, sono ancora abbastanza energici da indurre ulteriore chimica. Il lavoro riportato questa settimana ha indagato sui LEE che interagiscono con i film ghiacciati. Studi precedenti di questo gruppo consideravano prodotti di reazione caricati positivamente espulsi da ghiacci irradiati da LEE, mentre il lavoro riportato questa settimana ha esteso lo studio per includere ioni negativi espulsi e nuove molecole che si formano ma rimangono incorporate nel film.

Il gruppo di ricerca ha scoperto che una varietà di piccole molecole organiche sono state prodotte in pellicole ghiacciate soggette a LEE. propilene, etano e acetilene erano tutti formati in film di metano congelato. Quando una miscela congelata di metano e ossigeno è stata irradiata con LEE, hanno trovato prove dirette della formazione di etanolo.

Evidenze indirette per molte altre piccole molecole organiche, compreso metanolo, trovato acido acetico e formaldeide. Inoltre, sia i raggi X che i LEE hanno prodotto risultati simili, anche se a tariffe diverse. Così, è possibile che gli elementi costitutivi della vita siano stati realizzati attraverso reazioni chimiche indotte da elettroni secondari su superfici ghiacciate nello spazio esposte a qualsiasi forma di radiazione ionizzante.