Onderzoekers zijn van plan een klasse chemische verbindingen te synthetiseren om te bepalen of ze een belangrijke bouwsteen zijn voor het maken van sterrenstelsels.

Het team van Imperial College London heeft startfinanciering ontvangen van het Institute of Molecular Science and Engineering (IMSE) om door te gaan met een nieuw project. Het doel is om met behulp van synthetische chemie verschillende aza-polycyclische aromatische koolwaterstoffen (aza-PAK's) te bereiden waarvan wordt aangenomen dat ze deel uitmaken van het interstellaire medium. De doelverbindingen zijn zeer zeldzaam op aarde en zouden de sleutel kunnen zijn om meer te begrijpen over de geboorte van sterren, en de vorming van zonnestelsels en sterrenstelsels.

Professor Mark Sephton, hoofd van de afdeling Aardwetenschappen en Engineering, samen met dr. Wren Montgomery, ook van de afdeling werken samen met Dr Matthew Fuchter, van Imperial's Department of Chemistry. Deze groep is een van de eerste samen met zes andere nieuwe onderzoeksprojecten om financiering te ontvangen van het proof-of-concept seed-financieringsinitiatief van IMSE.

Colin Smith sprak met Drs Montgomery en Fuchter om meer te weten te komen over aza-PAK's en wat de synthese ervan in het laboratorium zou kunnen betekenen voor ons begrip van het universum.

Dr. Wren Montgomery, Afdeling Aardwetenschappen en Engineering

Wat zijn aza-PAK's?

Deze bestaan ​​uit ringen van koolstofatomen samen met enkele stikstofatomen. Wetenschappers classificeren ze als "kleiner" of "groter", afhankelijk van het aantal koolstofringen dat ze bevatten.

Waar zijn ze te vinden?

Op aarde, kleinere aza-PAK's (twee tot drie ringen) zijn verontreinigende stoffen die worden geassocieerd met asfalt en teer.

In het wijdere universum, grotere aza-PAK's (zeven ringen of meer) worden beschouwd als een belangrijk onderdeel van het interstellaire medium (ISM). Dit is de materie die bestaat in de ruimte tussen sterrenstelsels in sterrenstelsels. Deze kwestie omvat gas in ionische, atoom, en moleculaire vormen, evenals stof en kosmische straling. Het vult de interstellaire ruimte en gaat vloeiend over in de omringende intergalactische ruimte.

Wetenschappers geloven dat grotere aza-PAK's belangrijke ingrediënten zijn in het ISM, maar het was niet eerder mogelijk om voldoende zuivere monsters hiervan op aarde te krijgen om metingen in een laboratorium te doen om te bepalen of deze hypothese correct is.

Hoe zal deze startfinanciering ons helpen meer over hen te weten te komen?

We zijn van plan om synthetische aza-PAK's in het laboratorium te maken en deze te bestuderen met behulp van een apparaat genaamd Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), die licht in het infraroodspectrum gebruikt om moleculen in detail te bestuderen.

Momenteel, astronomen gebruiken infraroodinstrumenten om de ISM te bestuderen. We zijn van plan om een ​​directe vergelijking te maken tussen onze gesynthetiseerde samples en de eigenlijke ISM. Dit zal ons helpen om de aard en verspreiding van de organische bouwstenen van de kosmos en zijn planetaire systemen te onthullen.

We zijn ook van plan om aza-PAK's in hogedrukomgevingen te bestuderen. Dit zal ons helpen te begrijpen hoe ze worden veranderd of mogelijk vernietigd door de processen van de vorming van sterren en planeten.

Als je met succes aza-PAK's in het laboratorium maakt, wat kan het ons dan vertellen over het universum?

Ten eerste, het hebben van een monster kan de bestaande modellen die door wetenschappers zijn ontwikkeld verifiëren en ons vertellen of aza-PAK's al dan niet aanwezig zijn in het ISM.

Als ze aanwezig zijn, dan zal hun gedrag onder hoge druk ons ​​iets vertellen over wat er met hen gebeurt als de moleculaire wolk condenseert en planeten vormt. Ze zijn tegenwoordig erg schaars op aarde, dus misschien kan ons werk enig licht werpen op waar ze heen zijn gegaan.

Wat zijn enkele van de uitdagingen van dit project?

Deze klasse van chemische verbindingen zal zeer moeilijk te "vervaardigen" zijn in het laboratorium. We zullen nieuwe wegen bestrijken in termen van hoe we werken met Mark Fuchter in Imperial's Department of Chemistry. Een van de grote uitdagingen voor ons zal zijn om een ​​manier te vinden waarop onze twee verschillende wetenschappen met elkaar kunnen 'praten', zodat we onze doelen kunnen bereiken. Het wordt een heel spannend en creatief proces.

Dr. Matthew Fuchter, Afdeling Chemie

Welke unieke kwaliteiten breng je in dit project?

Mijn groep heeft expertise in synthetische chemie:het vermogen om complexere moleculen te bouwen uit eenvoudige voorlopers.

Vooral, we hebben methoden ontwikkeld om polycyclische aromatische verbindingen te construeren - een belangrijke doelmoleculaire klasse voor ons onderzoek - en hebben dus de juiste achtergrond om te proberen de doelmoleculen te construeren die nodig zijn voor dit project.

Waarom is deze seeding-financiering belangrijk?

Deze doelmoleculen zijn nooit in voldoende hoeveelheden gemaakt om volledig te worden gekarakteriseerd door wetenschappers, dus hun synthese en studie zou een wereldprimeur zijn.

Zijn er andere toepassingen voor dit onderzoek?

Buiten de specifieke doelstellingen van dit project, de chemische verbindingen zouden andere interessante toepassingen moeten hebben. Bijvoorbeeld, ze zouden kunnen worden gebruikt bij de constructie van organische elektronische apparaten. Een belangrijk voorbeeld van de huidige organische elektronische technologie zijn de lichtemitterende diodes, die momenteel worden gebruikt in smartphoneschermen.

Mijn groep, samen met medewerkers van het Imperial's Department of Physics, heeft een lopend onderzoeksprogramma, die betrekking heeft op het gebruik van nieuwe gecondenseerde aromatische moleculen in nieuwe apparaten en materialen. Daarom, dit project zou bovendien kunnen leiden tot andere nieuwe onderzoeksrichtingen voor mijn medewerkers en mij.

Wat zijn de voordelen van afstemming met IMSE?

Een van de belangrijkste doelstellingen van IMSE is het bevorderen van nieuwe samenwerkingen tussen alle vier de faculteiten van Imperial rond ambitieuze grote uitdagingsprojecten. Via hun startfinancieringsprogramma, Markering, Wren en ik hebben een nieuwe samenwerking tot stand gebracht tussen afdelingen met complementaire sterke punten om te werken aan een opwindend, geïntegreerd nieuw projectgebied.