Waar komen de moleculen die nodig zijn voor het leven vandaan? Het kan zijn dat kleine organische moleculen voor het eerst op aarde verschenen en later werden gecombineerd tot grotere moleculen, zoals eiwitten en koolhydraten. Maar een tweede mogelijkheid is dat ze in de ruimte zijn ontstaan, mogelijk binnen ons zonnestelsel. Een nieuwe studie, deze week gepubliceerd in de Tijdschrift voor Chemische Fysica , van AIP Publishing, laat zien dat een aantal kleine organische moleculen zich kunnen vormen bij kou, ruimteachtige omgeving vol straling.

Onderzoekers van de Universiteit van Sherbrooke in Canada hebben gesimuleerde ruimteomgevingen gecreëerd waarin dunne ijsfilms die methaan en zuurstof bevatten, worden bestraald door elektronenstralen. Wanneer elektronen of andere vormen van straling invallen op zogenaamd moleculair ijs, er vinden chemische reacties plaats en nieuwe moleculen worden gevormd. Deze studie maakte gebruik van verschillende geavanceerde technieken, waaronder elektronen gestimuleerde desorptie (ESD), Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) en temperatuurgeprogrammeerde desorptie (TPD).

De experimenten werden uitgevoerd onder vacuümomstandigheden, die zowel vereist is voor de gebruikte analysetechnieken als de hoogvacuümtoestand van de ruimte nabootst. Bevroren films met methaan en zuurstof die in deze experimenten worden gebruikt, bootsen verder een ruimteachtige omgeving na, aangezien verschillende soorten ijs (niet alleen bevroren water) zich vormen rond stofkorrels in de dichte en koude moleculaire wolken die in het interstellaire medium bestaan. Dit soort ijzige omgevingen bestaan ​​ook op objecten in het zonnestelsel, zoals kometen, asteroïden en manen.

Al deze ijzige oppervlakken in de ruimte worden blootgesteld aan meerdere vormen van straling, vaak in aanwezigheid van magnetische velden, die geladen deeltjes versnellen van de stellaire (zonne) wind naar deze bevroren objecten. Eerdere studies onderzochten chemische reacties die kunnen optreden in ruimteomgevingen door het gebruik van ultraviolette of andere soorten straling, maar dit is een eerste gedetailleerde blik op de rol van secundaire elektronen.

Grote hoeveelheden secundaire elektronen worden geproduceerd wanneer hoogenergetische straling, zoals röntgenstralen of zware deeltjes, omgaan met materie. Deze elektronen, ook wel laagenergetische elektronen genoemd, of LEES, zijn nog steeds energiek genoeg om verdere chemie te induceren. Het werk dat deze week werd gerapporteerd, onderzocht LEE's die in wisselwerking stonden met ijzige films. Eerdere studies door deze groep beschouwden positief geladen reactieproducten die werden uitgestoten uit ijs bestraald door LEE's, terwijl het werk dat deze week werd gerapporteerd, het onderzoek uitbreidde met uitgeworpen negatieve ionen en nieuwe moleculen die zich vormen maar in de film blijven zitten.

De onderzoeksgroep ontdekte dat een verscheidenheid aan kleine organische moleculen werd geproduceerd in ijzige films die werden onderworpen aan LEE's. propyleen, ethaan en acetyleen werden allemaal gevormd in films van bevroren methaan. Wanneer een bevroren mengsel van methaan en zuurstof werd bestraald met LEE's, ze vonden direct bewijs dat ethanol werd gevormd.

Indirect bewijs voor veel andere kleine organische moleculen, inclusief methanol, azijnzuur en formaldehyde gevonden. In aanvulling, zowel röntgenfoto's als LEE's produceerden vergelijkbare resultaten, hoewel tegen verschillende tarieven. Dus, het is mogelijk dat de bouwstenen van het leven zijn gemaakt door chemische reacties die worden geïnduceerd door secundaire elektronen op ijzige oppervlakken in de ruimte die zijn blootgesteld aan enige vorm van ioniserende straling.