Natuurkundigen van de Universiteit van Innsbruck zijn op jacht naar stikstofhoudende moleculen in de ruimte. Met behulp van terahertz-spectroscopie, ze hebben voor het eerst direct twee spectraallijnen voor één bepaald molecuul gemeten. De ontdekte frequenties zijn kenmerkend voor het amide-ion, een negatief geladen stikstofmolecuul. Nu de spectraallijnen zijn bepaald, onderzoekers kunnen naar deze soort in de ruimte zoeken.

In 2014, astrofysici ontdekten een spectraallijn in waarnemingsgegevens van de Herschel Space Telescope en wezen deze voorlopig toe aan het amide-ion. Het zou het eerste bewijs zijn geweest van het bestaan ​​van dit molecuul in de ruimte. Natuurkundigen binnen de groep van Roland Wester van het Instituut voor Ionenfysica en Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Innsbruck hebben nu aangetoond dat deze aanname niet klopt.

karakteristieke frequenties

Naast sterren, sterrenstelsels worden bevolkt door gebieden met gigantische stof- en gaswolken. dergelijke regio's, die het interstellaire medium (ISM) vormen, fungeren als de geboorteplaats voor nieuwe sterren die zich vormen wanneer de wolken onder hun eigen zwaartekracht instorten en voldoende dichtheden bereiken om fusiereacties te laten plaatsvinden. Om deze processen beter te begrijpen, het is belangrijk om precies de chemische samenstelling van de ISM te kennen die meestal wordt bepaald via de frequenties (spectraallijnen) gemeten door radiotelescopen.

In het geval van het amide-ion, het team onder leiding van Roland Wester heeft voor het eerst twee voorheen onbekende frequenties in het laboratorium gemeten. De aangenomen methode, bekend als terahertz-spectroscopie, heeft het mogelijk gemaakt de lijnen honderd keer nauwkeuriger te bepalen dan voorheen mogelijk was. "Bij deze techniek golflengten tussen microgolven en infrarood licht worden gebruikt, " legt de natuurkundige uit. "Hierdoor kan de rotatie van zeer kleine moleculen worden bestudeerd. Voor grotere moleculen, trillingen van hele moleculaire groepen kunnen worden bepaald."

In een project gefinancierd door de European Research Council ERC, de groep van Roland Wester heeft een methode ontwikkeld waarmee moleculen die in ionenvallen zijn opgesloten, worden geëxciteerd met terahertz-straling. "Het amide-ion bestaat uit een stikstofatoom en twee waterstofatomen, lijkt op water en gedraagt ​​zich qua kwantummechanica erg op elkaar, ", zegt Olga Lakhmanskaya van het team van Roland Wester. "Voor de eerste keer, we hebben direct de elementaire excitatie van de rotatie van dit molecuul gemeten." Het bewijs kwam ook tot stand dankzij een nauwe samenwerking met de theoreticus Viatcheslav Kokouuline van de University of Central Florida, die een semester gasthoogleraar was aan de universiteit van Innsbruck.

Voorlopige opdracht weerlegd

De natuurkundigen uit Innsbruck hebben nu kunnen aantonen dat de eerder gemeten spectraallijn niet kan worden geproduceerd door amide-ionen in vergelijking met de gegevens van de Herschel Space Telescope. "We konden laten zien, met onze metingen, dat deze voorlopige toewijzing niet correct is, " benadrukt Roland Wester. In het heelal kan men verschillende stikstofmoleculen vinden, zoals ammoniak, maar, volgens de experimenten van Innsbruck, het moet nog worden aangetoond dat het amide-ion ook aanwezig is. De tweede door de natuurkundigen bepaalde spectraallijn zou echter kunnen helpen bij het zoeken naar deze soort in de ruimte. "We hopen dat in de toekomst met nieuwe telescopen, deze lijn kan worden waargenomen die leidt tot detectie in de ruimte." Westers team wil de nieuwe methode nu toepassen op moleculen met vier of vijf atomen, waar trillingen en rotaties veel complexer zijn dan bij het triatomaire amide.