Un team di scienziati ha scoperto un nuovo possibile percorso verso la formazione di strutture di carbonio nello spazio utilizzando una tecnica di esplorazione chimica specializzata presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia.

La ricerca del team ha ora identificato diverse strade attraverso le quali molecole ad anello note come idrocarburi policiclici aromatici, o PAH, può formarsi nello spazio. L'ultimo studio fa parte di uno sforzo in corso per ripercorrere le fasi chimiche che portano alla formazione di complesse molecole contenenti carbonio nello spazio profondo.

Gli IPA, che si verificano anche sulla Terra nelle emissioni e nella fuliggine dalla combustione dei combustibili fossili, potrebbero fornire indizi sulla formazione della chimica della vita nello spazio come precursori delle nanoparticelle interstellari. Si stima che rappresentino circa il 20% di tutto il carbonio nella nostra galassia, e hanno i mattoni chimici necessari per formare strutture di carbonio 2-D e 3-D.

Nell'ultimo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno prodotto una catena di anelli, molecole contenenti carbonio combinando due specie chimiche altamente reattive che sono chiamate radicali liberi perché contengono elettroni spaiati. Lo studio ha infine mostrato come questi processi chimici potrebbero portare allo sviluppo di PAH di tipo grafene contenenti carbonio e nanostrutture 2-D. Il grafene è uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo.

È importante sottolineare che lo studio ha mostrato un modo per collegare un anello molecolare a cinque lati (a forma di pentagono) con un anello molecolare a sei lati (esagonale) e per convertire anche anelli molecolari a cinque lati in anelli a sei lati, che è un trampolino di lancio per una gamma più ampia di grandi molecole di PAH.

"Questo è qualcosa che le persone hanno provato a misurare sperimentalmente ad alte temperature ma non l'hanno mai fatto prima, " ha detto Musahid Ahmed, uno scienziato nella divisione di scienze chimiche del Berkeley Lab. Ha condotto gli esperimenti di miscelazione chimica presso l'Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab con il professor Ralf I. Kaiser dell'Università delle Hawaii a Manoa. "Crediamo che questo sia ancora un altro percorso che può dare origine a PAH".

Il professor Alexander M. Mebel della Florida International University ha assistito nel lavoro di calcolo per lo studio. Precedenti studi dello stesso gruppo di ricerca hanno anche identificato un paio di altri percorsi per lo sviluppo degli IPA nello spazio. Gli studi suggeriscono che potrebbero esserci più percorsi chimici per la chimica della vita per prendere forma nello spazio.

"Potrebbe essere tutto quanto sopra, in modo che non sia solo uno, " Ahmed ha detto. "Penso che sia questo che rende questo interessante."

Gli esperimenti presso l'ALS del Berkeley Lab, che produce raggi X e altri tipi di luce che supportano molti diversi tipi di esperimenti simultanei, utilizzavano un reattore chimico portatile che combina sostanze chimiche e le espelle per studiare quali reagenti si sono formati nel reattore riscaldato.

I ricercatori hanno utilizzato un raggio di luce sintonizzato su una lunghezza d'onda nota come "ultravioletto sotto vuoto" o VUV prodotta dalla SLA, accoppiato con un rivelatore (chiamato spettrometro di massa a tempo di volo a riflettore), identificare i composti chimici che fuoriescono dal reattore a velocità supersoniche.

L'ultimo studio ha combinato i radicali chimici CH3 (radicale metilico alifatico) con C9H7 (radicale 1-indenilico aromatico) a una temperatura di circa 2, 105 gradi Fahrenheit per produrre alla fine molecole di un PAH noto come naftalene (C10H8) che è composto da due anelli benzenici uniti.

Le condizioni necessarie per produrre naftalene nello spazio sono presenti in prossimità di stelle ricche di carbonio, lo studio ha osservato.

I reagenti prodotti da due radicali, le note di studio, era stato teorizzato ma non era stato dimostrato prima in un ambiente ad alta temperatura a causa di sfide sperimentali.

"I radicali hanno vita breve:reagiscono con se stessi e reagiscono con qualsiasi altra cosa intorno a loro, " Ahmed ha detto. "La sfida è, 'Come si generano due radicali allo stesso tempo e nello stesso luogo, in un ambiente estremamente caldo?' Li abbiamo riscaldati nel reattore, si scontrarono e formarono i composti, e poi li abbiamo espulsi dal reattore".

Kaiser ha detto, "Da diversi decenni, reazioni radicali radicali sono state ipotizzate per formare strutture aromatiche nelle fiamme di combustione e nello spazio profondo, ma non ci sono molte prove a sostegno di questa ipotesi." Ha aggiunto, "Il presente esperimento fornisce chiaramente la prova scientifica che le reazioni tra i radicali a temperature elevate formano molecole aromatiche come il naftalene".

Mentre il metodo utilizzato in questo studio ha cercato di dettagliare come si formano tipi specifici di composti chimici nello spazio, i ricercatori hanno notato che i metodi utilizzati possono anche illuminare studi più ampi di reazioni chimiche che coinvolgono radicali esposti ad alte temperature, come nei campi della chimica dei materiali e della sintesi dei materiali.