Le nuvole interstellari sono i luoghi di nascita di nuove stelle, ma svolgono anche un ruolo importante nelle origini della vita nell'Universo attraverso regioni di polvere e gas in cui si formano composti chimici. Il gruppo di ricerca, sistemi molecolari, guidato dal vincitore del premio ERC Roland Wester presso l'Istituto di fisica ionica e fisica applicata dell'Università di Innsbruck, si è posto il compito di comprendere meglio lo sviluppo delle molecole elementari nello spazio. "In poche parole, la nostra trappola ionica ci permette di ricreare le condizioni nello spazio nel nostro laboratorio, " spiega Roland Wester. "Questo apparato ci permette di studiare la formazione di composti chimici in dettaglio." Gli scienziati che lavorano con Roland Wester hanno ora trovato una spiegazione per come le molecole cariche negativamente si formano nello spazio.

Un'idea costruita su basi teoriche

Prima della scoperta delle prime molecole di carbonio caricate negativamente nello spazio nel 2006, si presumeva che le nuvole interstellari contenessero solo ioni carichi positivamente. Da allora, è stata una questione aperta come si formano gli ioni caricati negativamente. Il teorico italiano Franco A. Gianturco, che da otto anni lavora come scienziato all'Università di Innsbruck, sviluppato alcuni anni fa un quadro teorico che potrebbe fornire una possibile spiegazione. L'esistenza di stati debolmente legati, cosiddetti stati dipolo-bound, dovrebbe migliorare l'attaccamento degli elettroni liberi alle molecole lineari. Tali molecole hanno un momento di dipolo permanente che rafforza l'interazione a una distanza relativamente grande dal nucleo neutro e aumenta la velocità di cattura degli elettroni liberi.

Osservazione degli stati legati al dipolo in laboratorio

Nel loro esperimento, i fisici di Innsbruck crearono molecole costituite da tre atomi di carbonio e un atomo di azoto, li ho ionizzati, e li ha bombardati con luce laser nella trappola ionica a temperature estremamente basse. Hanno cambiato continuamente la frequenza della luce fino a quando l'energia era abbastanza grande da espellere un elettrone dalla molecola. Albert Einstein descrisse questo cosiddetto effetto fotoelettrico 100 anni fa. Un'analisi approfondita dei dati di misurazione da parte del ricercatore in fase iniziale Malcolm Simpson dal programma di formazione di dottorato, atomi, la luce e le molecole dell'Università di Innsbruck hanno finalmente fatto luce su questo fenomeno difficile da osservare. Un confronto dei dati con un modello teorico ha infine fornito una chiara evidenza dell'esistenza di stati legati al dipolo. "La nostra interpretazione è che questi stati legati al dipolo rappresentano una sorta di apriporta per il legame degli elettroni liberi alle molecole, contribuendo così alla creazione di ioni negativi nello spazio, " dice Roland Wester. "Senza questo passaggio intermedio, sarebbe molto improbabile che gli elettroni si legano effettivamente alle molecole".