Ψάχνοντας για εξωγήινα μόρια

Posted on 12/12/2015

0


Οι αστροχημικοί ανακαλύπτουν χημικές ενώσεις που δεν υπάρχουν στη Γη

Το νεφέλωμα όπως το είδε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble

Το νεφέλωμα της Κεφαλής του Αλόγου από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble

Κάτι περίεργο κρυβόταν στο νεφέλωμα της Κεφαλής του Αλόγου που βρίσκεται στον αστερισμό του Ωρίωνα, περίπου 1.500 έτη φωτός από τη Γη. Το νεφέλωμα, το οποίο «διαγράφει» το σχήμα του κεφαλιού ενός αλόγου, αποτελείται από αέρια και πολύ πυκνή μεσοαστρική σκόνη.

Οι αστρονόμοι από το IRAM (Institute of Millimeter Radioastronomy) με το 30 μέτρων ραδιοτηλεσκόπιο στην Ισπανική Σιέρα Νεβάδα, ερεύνησαν την ραδιοφωνική ακτινοβολία που εκπέμπεται από δυο τμήματα που βρίσκονται στην «χαίτη του αλόγου». Συγκεκριμένα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας αποκαλύπτουν την χημική σύνθεση του νεφελώματος.

Οι περισσότερες συχνότητες των ακτινοβολιών που ανιχνεύονται από το νεφέλωμα της Κεφαλής του Αλόγου αποδεικνύουν την ύπαρξη χημικών ενώσεων όπως το μονοξείδιο του άνθρακα και η φορμαλδεΰδη. Αλλά υπήρχε και μια μικρής έντασης ακτινοβολία συχνότητας 89,957 γίγα-χερτς που αποτελούσε μυστήριο, γιατί δεν αντιστοιχεί σε κανένα γνωστό μόριο.

Τα δεδομένα αυτά μελέτησαν και άλλοι ερευνητές αναζητώντας τι είδους υποθετικό μόριο θα μπορούσε να εκπέμπει μια τέτοια συχνότητα. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι θα έπρεπε να είναι ένα γραμμικό μόριο – τα άτομά του βρίσκονται σε ευθεία γραμμή – που συνίσταται από τρία άτομα άνθρακα και ένα υδρογόνο: C3H+ (προπυνυλιδύνιο;).

προπυνυλιδύνιοΑυτό το μοριακό ιόν δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ στη Γη! Στην πραγματικότητα δεν υπήρχε καμιά απόδειξη ότι υπάρχει στ’ αλήθεια! Αν μπορούσαμε να το κατασκευάσουμε στο εργαστήριο θα ήταν πολύ ασταθές. Στην Γη θα αντιδρούσε σχεδόν ακαριαία με κάτι άλλο για να σχηματιστεί κάποια άλλη σταθερή χημική ένωση. Στο διάστημα όμως, όπου η πυκνότητα της ύλης είναι πολύ μικρή, η πιθανότητα αλληλεπίδρασης των προπυνυλιδυνίων (C3H+) με άλλα μόρια είναι πολύ μικρή και θα μπορούσαν να επιβιώσουν εκπέμποντας την χαρακτηριστική τους ακτινοβολία στα 89,957 GHz.

Η υπόθεση της ύπαρξης του μοριακού ιόντος C3H+ στο νεφέλωμα της κεφαλής του αλόγου αμφισβητήθηκε.

Πέρυσι όμως, οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας στη Γερμανία, κατάφεραν να δημιουργήσουν το  C3H+  στο εργαστήριο και να μετρήσουν το φάσμα που παράγει όταν διεγείρεται, αποδεικνύοντας ότι είναι ίδιο με το φάσμα που ανιχνεύεται στο νεφέλωμα.

Η επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός εξωγήινου μορίου ανοίγει το δρόμο για την ανακάλυψη πολλών άλλων, δεδομένου ότι στα δεδομένα των αστρονόμων υπάρχουν πολλές άγνωστες φασματικές γραμμές, σαν αυτή του προπυνυλιδυνίου.

Όπως στην περίπτωση του μορίου C3H+  οι αστροχημικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα δεδομένα του φάσματος και να μαντέψουν, διαμέσου προσομοιώσουν σε υπερ-υπολογιστές, πως είναι η δομή του μορίου που το δημιουργεί. Η τεχνική αυτή ονομάζεται κβαντική χημεία. Οι ερευνητές θα μπορούσαν επίσης να αναζητήσουν ισχυρά αποδεικτικά στοιχεία για τα εξωγήινα μόρια, δημιουργώντας τα στο εργαστήριο και μετρώντας τα φασματικά χαρακτηριστικά τους.

Το 2006 μια ομάδα ερευνητών δημιούργησαν στο εργαστήριο το αρνητικά φορτισμένο μοριακό ιόν C6H  και μέτρησαν το φάσμα του. Στη συνέχεια τα ίδια φασματικά χαρακτηριστικά βρέθηκαν στο νεφέλωμα του Ταύρου που βρίσκεται 430 έτη φωτός από τη Γη. Μέχρι σήμερα έχουν βρεί το C6H σε πάνω από δέκα κοσμικές πηγές.

Την δεκαετία του 1980 οι επιστήμονες προσπάθησαν να παρασκευάσουν το εξωτικό μόριο αργόνιουμ (36ArH+), που δεν υπάρχει στη Γη. Το 2013 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν το αργόνιουμ στο διάστημα. Το στοιχείο Ar ανήκει στα ευγενή αέρια τα οποία είναι γνωστό ότι δεν σχηματίζουν χημικές ενώσεις. Κι όμως στο διάστημα είναι δυνατόν να σχηματίσουν χημικές ενώσεις με το υδρογόνο, αν εξαιτίας των συγκρούσεων με σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας χάσουν ηλεκτρόνια και φορτιστούν θετικά. Γι αυτό στις περιοχές του διαστήματος που παρατηρείται το αργόνιουμ οι αστρονόμοι υποθέτουν ότι πλημμυρίζεται από κοσμικές ακτίνες.

Τα περισσότερα μόρια που βρίσκονται στα άστρα και τα νεφελώματα είναι εξωτικά. Αν ερχόμασταν σε επαφή με αυτά θα αποδεικνύονταν τοξικά και καρκινογόνα. Μάλιστα, σύμφωνα με τους επιστήμονες, μια κατηγορία χημικών ενώσεων του διαστήματος, αυτές που ονομάζονται αρωματικές και προέρχονται από το βενζόλιο πρέπει εμφανίζουν έντονη δυσοσμία.

Κάποια περίεργα μόρια, όπως το SiCSi – αποτελείται από δυο άτομα πυριτίου και ένα άτομο άνθρακα και ανακαλύφθηκε το 2015 σε ένα ετοιμοθάνατο άστρο – παράγουν φάσματα διαφορετικά από αυτά που προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα.

Ακόμη πιο περίεργα είναι τα φουλερένια, οι σφαίρες από άνθρακα που περιέχουν 60 άτομα άνθρακα και μοιάζουν με μπάλες ποδοσφαίρου, τα buckyballs. Κατασκευάστηκαν για πρώτη φορά στο εργαστήριο το 1985 και μια δεκαετία αργότερα τα φασματικά τους χαρακτηριστικά παρατηρήθηκαν στο διάστημα.

Οι αστροχημικοί θεωρούν ότι προς το παρόν βαδίζουν στα ρηχά της τεράστιας θάλασσας των μορίων που υπάρχουν στο διάστημα. Τα εξωγήινα μόρια όπως τα buckyballs ή το C3H+ (και άλλα άγνωστα ακόμα), μας υπενθυμίζουν πως ζούμε σε μια πολύ μικρή γωνιά του σύμπαντος, της οποίας οι χημικές ενώσεις δεν είναι απαραίτητα αντιπροσωπευτικές σε σχέση με αυτές που πλημμυρίζουν στο σύμπαν…

… διαβάστε περισσότερα στο άρθρο του Scientific American: The Hunt for Alien Molecules