Kijkend naar de nachtelijke hemel, iemands gedachten kunnen worden gevestigd op astrochemie. Welke moleculen worden gevonden in de uitgestrekte ruimtes tussen de sterren? Zouden we dezelfde moleculen zien die ons hier op aarde omringen? Of zouden sommige ervan exotischer zijn - iets dat zelden wordt waargenomen of zelfs onbekend is?

Recent onderzoek door een multinationaal team onder leiding van Prof. Robert Kołos van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen heeft een ongebruikelijk molecuul onthuld dat voor het eerst in laboratoriumomstandigheden is verkregen en gedetecteerd en heeft ook een soepel pad gebaand voor productie en verder onderzoek een ander. Nu ze kunnen worden gezien en bestudeerd, ze kunnen een bredere astrochemische interesse waardig blijken te zijn.

Interstellaire wolken - waar het verhaal begint...

Het medium dat de ruimte tussen de sterren doordringt, is voornamelijk gevuld met waterstof, helium, en kosmisch stof. Echter, de gemiddelde afstanden tussen atomen of moleculen in deze interstellaire wolken zijn zo groot dat er hele dagen kunnen verstrijken voordat ze botsen. In het vacuüm van de ruimte, het verstrijken van de tijd en de impact van straling zijn cruciale factoren voor de ontwikkeling van meer geavanceerde chemische verbindingen.

Aangezien de fysieke omstandigheden in interstellaire wolken drastisch verschillen van die op onze planeet, de detectie van enkele van de chemische verbindingen die erin worden gevonden, vereist geavanceerde studies op aarde. Als onderdeel hiervan, wetenschappers creëren moleculen die normaal onstabiel zijn onder aardse omstandigheden en doen vervolgens onderzoek naar hun eigenschappen. Ze ontdekken ze eerst op aarde, zodat we ze gemakkelijker in de ruimte kunnen detecteren. Klinkt interessant, maar hoe ziet het er in de praktijk uit?

Fosfor menagerie

Jupiter en Saturnus staan ​​in ons eigen zonnestelsel al meer dan twee decennia in de schijnwerpers door de detectie van fosfine (PH ₃ ), analoog van ammoniak, in hun atmosfeer. in 2020, alle ogen verschoven naar Venus na beweringen dat PH ₃ was ook in de atmosfeer gevonden. De verschijning van fosfine in een astronomisch object is gedenkwaardig vanwege het enorme belang ervan voor levende organismen.

Moleculen die fosfor bevatten, zijn cruciaal voor enzymatische processen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van de structurele materialen van onze skeletten, nucleïnezuren zoals DNA en RNA, en zelfs energietransport in alle levende cellen. Hoewel het het 6e meest voorkomende element in de biomassa van de aarde is en het 12e meest voorkomende element op de planeet in het algemeen, het is een miljard keer minder overvloedig in het interstellaire medium. Door hun zeldzaamheid, het detecteren van P-bevattende moleculen in interstellaire wolken blijft wetenschappers intrigeren.

We weten heel weinig over het gedrag en het bestaan ​​van P-bevattende moleculen in extreme interstellaire omstandigheden. Slechts een paar zijn gevonden en zijn beperkt tot PN, CP, PO, huisarts, CCP, PH ₃ , en NCCP. Hiervan zijn alleen PO en PN gedetecteerd in moleculaire wolken. Het is mogelijk dat de geringe hoeveelheid fosforhoudende reactanten in dergelijke media de vorming van grotere moleculen vrij zeldzaam en moeilijk te detecteren maakt. We moeten ook een grotere verscheidenheid aan P-bevattende chemicaliën karakteriseren, zodat onze zoektocht kan worden uitgebreid met een grotere selectie van geschikte doelen. De zoektocht naar nieuwe moleculen is een uitdaging omdat veel bekende en veelbelovende P-bevattende soorten onstabiel zijn onder typische laboratoriumomstandigheden.

De IPC PAS-onderzoekers:Dr. Arun-Libertsen Lawzer, Dr. Thomas Custer, en prof. Robert Kołos, in samenwerking met Prof. Jean-Claude Guillemin van de Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (Frankrijk) hebben onlangs een efficiënte, UV-licht-ondersteunde cryogene synthese van het HCCP-molecuul, nieuwe mogelijkheden openen voor het spectroscopisch onderzoek van deze ongebruikelijke chemische verbinding. Het werd gedetecteerd met behulp van infrarood- en UV-vis-spectroscopie. Deze karakterisering zou nuttig moeten zijn voor mogelijke toekomstige buitenaardse detecties.

"We gebruiken ultraviolet om fosforbevattende organische moleculen te dehydrogeneren om exotische fosforsoorten te produceren. We waren in staat om triplet HCCP te produceren, een molecuul van astrochemisch belang. De truc om het te detecteren ligt in het gebruik van de omgeving van een bevroren inert gas, " merkt dr. Lawzer op.

De experimenten die in het kader van het project zijn uitgevoerd, en relevante theoretische studies tonen aan dat het molecuul een lineaire vorm en eigenaardige chemische binding heeft. Prof. Kołos merkt op:"Misschien heb je in je schooltijd gehoord dat fosfor ofwel 3- of 5-valent was in zijn chemische verbindingen. Nou, hier is het eenwaardig, met een enkele binding aan koolstof. Dit is inderdaad vrij ongebruikelijk."

De onderzoekers bevestigden ook het bestaan ​​van CH ₂ =C=PH (fosfalleen), een molecuul dat nog nooit eerder is waargenomen. Het werd gevormd langs de route die leidt van CH ₃ CP (de voorlopersoort) voor HCCP.

Experimenten ondersteund door kwantumchemische berekeningen, onlangs gemeld in Angewandte Chemie , hebben bewezen wat ooit een theoretische constructie was. "Als je het aan een gewone drogist zou vragen, sommige van de meest prominente soorten van de astrochemische menagerie zouden waarschijnlijk worden belachelijk gemaakt als louter moleculaire fragmenten in plaats van echte moleculen, " geeft prof. Kołos toe.

De laboratoriumkarakterisering van exotische verbindingen zoals HCCP en CH ₂ =C=PH markeert een belangrijke stap in de richting van hun buitenaardse detectie. En dergelijke detecties zouden onze kennis over de astrochemie van fosfor enorm vergroten. Dit zou nog meer wetenschappers moeten inspireren om naar de sterren erboven te kijken...