I fisici dell'Università di Innsbruck sono alla ricerca di molecole contenenti azoto nello spazio. Utilizzando la spettroscopia terahertz, hanno misurato direttamente due righe spettrali per una particolare molecola per la prima volta. Le frequenze scoperte sono caratteristiche dello ione ammide, una molecola di azoto carica negativamente. Con le righe spettrali ora determinate, i ricercatori possono cercare questa specie nello spazio.

Nel 2014, gli astrofisici hanno scoperto una riga spettrale nei dati osservativi del telescopio spaziale Herschel e l'hanno assegnata provvisoriamente allo ione ammide. Sarebbe stata la prima prova dell'esistenza di questa molecola nello spazio. I fisici del gruppo di Roland Wester dell'Istituto di fisica ionica e fisica applicata dell'Università di Innsbruck hanno ora dimostrato che questa ipotesi è errata.

Frequenze caratteristiche

Oltre alle stelle, le galassie sono popolate da regioni che contengono gigantesche nubi di polvere e gas. Tali regioni, che compongono il mezzo interstellare (ISM), fungono da luogo di nascita per nuove stelle che si formano quando le nuvole collassano sotto la loro stessa gravità e raggiungono densità sufficienti per le reazioni di fusione. Per comprendere meglio questi processi, è importante conoscere esattamente la composizione chimica dell'ISM che è più spesso determinata tramite le frequenze (righe spettrali) misurate dai radiotelescopi.

Nel caso dello ione ammide, il team guidato da Roland Wester ha misurato per la prima volta in laboratorio due frequenze precedentemente sconosciute. Il metodo adottato, nota come spettroscopia terahertz, ha permesso di determinare le linee cento volte più accuratamente di quanto fosse possibile in precedenza. "In questa tecnica, vengono utilizzate lunghezze d'onda tra le microonde e la luce infrarossa, " spiega il fisico. "Questo permette di studiare la rotazione di molecole molto piccole. Per molecole più grandi, le vibrazioni di interi gruppi molecolari possono essere determinate."

In un progetto finanziato dal Consiglio europeo della ricerca ERC, il gruppo di Roland Wester ha messo a punto un metodo mediante il quale le molecole confinate in trappole ioniche vengono eccitate con radiazione terahertz. "Lo ione ammide è costituito da un atomo di azoto e due atomi di idrogeno, assomiglia all'acqua e si comporta in modo molto simile in termini di meccanica quantistica, " dice Olga Lakhmanskaya del team di Roland Wester. "Per la prima volta, abbiamo misurato direttamente l'eccitazione elementare della rotazione di questa molecola." La dimostrazione è avvenuta anche grazie ad una stretta collaborazione con il teorico Viatcheslav Kokoouline della University of Central Florida, che è stato visiting professor all'Università di Innsbruck per un semestre.

Assegnazione provvisoria confutata

I fisici di Innsbruck sono stati ora in grado di dimostrare che la riga spettrale misurata in precedenza non può essere prodotta da ioni ammidi rispetto ai dati ottenuti dall'Herschel Space Telescope. "Siamo stati in grado di mostrare, con le nostre misure, che questo tentativo di assegnazione non è corretto, " sottolinea Roland Wester. Nell'Universo si possono trovare varie molecole di azoto come l'ammoniaca ma, secondo gli esperimenti di Innsbruck, resta da dimostrare che è presente anche lo ione ammide. La seconda riga spettrale determinata dai fisici potrebbe invece aiutare nella ricerca di questa specie nello spazio. "Ci auguriamo che in futuro, con nuovi telescopi, questa linea può essere osservata portando alla sua individuazione nello spazio." Il team di Wester ora vuole applicare il nuovo metodo a molecole con quattro o cinque atomi, dove le vibrazioni e le rotazioni sono molto più complesse rispetto all'ammide triatomica.