Een team van wetenschappers heeft een nieuwe mogelijke manier ontdekt om koolstofstructuren in de ruimte te vormen met behulp van een gespecialiseerde chemische exploratietechniek in het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy (Berkeley Lab).

Het onderzoek van het team heeft nu verschillende wegen geïdentificeerd waarmee ringvormige moleculen die bekend staan ​​als polycyclische aromatische koolwaterstoffen, of PAK's, in de ruimte kan vormen. De laatste studie maakt deel uit van een voortdurende inspanning om de chemische stappen te traceren die leiden tot de vorming van complexe koolstofbevattende moleculen in de verre ruimte.

PAK's - die ook op aarde voorkomen in emissies en roet door de verbranding van fossiele brandstoffen - zouden aanwijzingen kunnen geven voor de vorming van de chemie van het leven in de ruimte als voorlopers van interstellaire nanodeeltjes. Ze zijn naar schatting goed voor ongeveer 20 procent van alle koolstof in onze melkweg, en ze hebben de chemische bouwstenen die nodig zijn om 2D- en 3D-koolstofstructuren te vormen.

In de laatste studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers produceerden een ketting van geringde, koolstofhoudende moleculen door twee zeer reactieve chemische soorten te combineren die vrije radicalen worden genoemd omdat ze ongepaarde elektronen bevatten. De studie toonde uiteindelijk aan hoe deze chemische processen kunnen leiden tot de ontwikkeling van koolstofhoudende grafeen-achtige PAK's en 2D-nanostructuren. Grafeen is een één atoom dikke laag koolstofatomen.

belangrijk, het onderzoek toonde een manier aan om een ​​vijfzijdige (vijfhoekige) moleculaire ring te verbinden met een zeszijdige (hexagonale) moleculaire ring en om ook vijfzijdige moleculaire ringen om te zetten in zeszijdige ringen, wat een opstap is naar een breder scala aan grote PAK-moleculen.

"Dit is iets dat mensen experimenteel hebben geprobeerd te meten bij hoge temperaturen, maar nog niet eerder hebben gedaan, " zei Musahid Ahmed, een wetenschapper in de Chemical Sciences Division van Berkeley Lab. Hij leidde de chemische mengexperimenten bij Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS) met professor Ralf I. Kaiser aan de Universiteit van Hawaï in Manoa. "Wij geloven dat dit nog een andere route is die PAK's kan veroorzaken."

Professor Alexander M. Mebel van de Florida International University assisteerde bij het rekenwerk voor het onderzoek. Eerdere studies door hetzelfde onderzoeksteam hebben ook een aantal andere routes geïdentificeerd voor de ontwikkeling van PAK's in de ruimte. De studies suggereren dat er meerdere chemische routes kunnen zijn om de chemie van het leven vorm te geven in de ruimte.

"Het kan al het bovenstaande zijn, zodat het niet zomaar een ' zei Ahmed. 'Ik denk dat dat het interessant maakt.'

De experimenten bij ALS van Berkeley Lab - dat röntgenstralen en andere soorten licht produceert die veel verschillende soorten gelijktijdige experimenten ondersteunen - gebruikten een draagbare chemische reactor die chemicaliën combineert en vervolgens naar buiten spuit om te bestuderen welke reactanten zich in de verwarmde reactor hebben gevormd.

Onderzoekers gebruikten een lichtstraal afgestemd op een golflengte die bekend staat als "vacuüm ultraviolet" of VUV geproduceerd door de ALS, gekoppeld aan een detector (een zogenaamde reflectron time-of-flight massaspectrometer), om de chemische verbindingen te identificeren die met supersonische snelheden uit de reactor komen.

De laatste studie combineerde de chemische radicalen CH3 (alifatische methylradicaal) met C9H7 (aromatische 1-indenylradicaal) bij een temperatuur van ongeveer 2, 105 Fahrenheit-graden om uiteindelijk moleculen te produceren van een PAK die bekend staat als naftaleen (C10H8) en die is samengesteld uit twee verbonden benzeenringen.

De omstandigheden die nodig zijn om naftaleen in de ruimte te produceren, zijn aanwezig in de buurt van koolstofrijke sterren, merkte de studie op.

De reactanten geproduceerd uit twee radicalen, de studieaantekeningen, was getheoretiseerd maar was niet eerder aangetoond in een omgeving met hoge temperaturen vanwege experimentele uitdagingen.

"De radicalen zijn van korte duur - ze reageren met zichzelf en reageren met al het andere om hen heen, "Ahmed zei. "De uitdaging is, 'Hoe genereer je twee radicalen tegelijk en op dezelfde plaats, in een extreem warme omgeving?' We hebben ze opgewarmd in de reactor, ze botsten en vormden de verbindingen, en toen hebben we ze uit de reactor verdreven."

Keizer zei, "Sinds tientallen jaren radicaal-radicaalreacties zijn gespeculeerd om aromatische structuren te vormen in verbrandingsvlammen en in de diepe ruimte, maar er is niet veel bewijs om deze hypothese te ondersteunen." Hij voegde eraan toe:"Het huidige experiment levert duidelijk wetenschappelijk bewijs dat reacties tussen radicalen bij verhoogde temperaturen aromatische moleculen vormen zoals naftaleen."

Hoewel de methode die in deze studie werd gebruikt, probeerde te beschrijven hoe specifieke soorten chemische verbindingen zich in de ruimte vormen, de onderzoekers merkten op dat de gebruikte methoden ook bredere studies van chemische reacties kunnen verhelderen waarbij radicalen zijn blootgesteld aan hoge temperaturen, zoals op het gebied van materiaalchemie en materiaalsynthese.