Un equipo de científicos ha descubierto una nueva vía posible hacia la formación de estructuras de carbono en el espacio utilizando una técnica de exploración química especializada en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab).

La investigación del equipo ahora ha identificado varias vías por las cuales moléculas anilladas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos, o PAH, puede formarse en el espacio. El último estudio es parte de un esfuerzo continuo para rastrear los pasos químicos que conducen a la formación de moléculas complejas que contienen carbono en el espacio profundo.

Los PAH, que también se encuentran en la Tierra en las emisiones y el hollín de la combustión de combustibles fósiles, podrían proporcionar pistas sobre la formación de la química de la vida en el espacio como precursores de las nanopartículas interestelares. Se estima que representan alrededor del 20 por ciento de todo el carbono en nuestra galaxia, y tienen los componentes químicos necesarios para formar estructuras de carbono 2-D y 3-D.

En el último estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores produjeron una cadena de anillos, moléculas que contienen carbono mediante la combinación de dos especies químicas altamente reactivas que se denominan radicales libres porque contienen electrones desapareados. El estudio finalmente mostró cómo estos procesos químicos podrían conducir al desarrollo de HAP de tipo grafeno que contienen carbono y nanoestructuras bidimensionales. El grafeno es una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor.

En tono rimbombante, el estudio mostró una forma de conectar un anillo molecular de cinco lados (en forma de pentágono) con un anillo molecular de seis lados (hexagonal) y también convertir anillos moleculares de cinco lados en anillos de seis lados, que es un trampolín hacia una gama más amplia de moléculas grandes de PAH.

"Esto es algo que la gente ha intentado medir experimentalmente a altas temperaturas, pero no lo ha hecho antes, "dijo Musahid Ahmed, científico de la División de Ciencias Químicas del Laboratorio de Berkeley. Dirigió los experimentos de mezcla química en la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab con el profesor Ralf I. Kaiser en la Universidad de Hawaii en Manoa. "Creemos que esta es otra vía que puede dar lugar a PAH".

El profesor Alexander M. Mebel de la Universidad Internacional de Florida ayudó en el trabajo computacional para el estudio. Estudios anteriores del mismo equipo de investigación también han identificado un par de otras vías para que los HAP se desarrollen en el espacio. Los estudios sugieren que podría haber múltiples rutas químicas para que la química de la vida tome forma en el espacio.

"Podría ser todo lo anterior, para que no sea solo uno, Ahmed dijo:"Creo que eso es lo que hace que esto sea interesante".

Los experimentos en el ALS de Berkeley Lab, que produce rayos X y otros tipos de luz que respaldan muchos tipos diferentes de experimentos simultáneos, utilizaron un reactor químico portátil que combina sustancias químicas y luego las expulsa para estudiar qué reactivos se formaron en el reactor calentado.

Los investigadores utilizaron un haz de luz sintonizado a una longitud de onda conocida como "ultravioleta de vacío" o VUV producido por el ALS. junto con un detector (llamado espectrómetro de masas de tiempo de vuelo de reflectrón), para identificar los compuestos químicos que salen del reactor a velocidades supersónicas.

El último estudio combinó los radicales químicos CH3 (radical metilo alifático) con C9H7 (radical aromático 1-indenilo) a una temperatura de aproximadamente 2, 105 grados Fahrenheit para producir finalmente moléculas de un PAH conocido como naftaleno (C10H8) que se compone de dos anillos de benceno unidos.

Las condiciones necesarias para producir naftaleno en el espacio están presentes en las proximidades de estrellas ricas en carbono, anotó el estudio.

Los reactivos producidos a partir de dos radicales, las notas del estudio, Se había teorizado, pero no se había demostrado antes en un entorno de alta temperatura debido a desafíos experimentales.

"Los radicales tienen una vida corta:reaccionan consigo mismos y reaccionan con cualquier otra cosa a su alrededor, "Ahmed dijo." El desafío es, '¿Cómo se generan dos radicales al mismo tiempo y en el mismo lugar, en un ambiente extremadamente caluroso? Los calentamos en el reactor, chocaron y formaron los compuestos, y luego los expulsamos del reactor ".

Kaiser dijo:"Durante varias décadas, Se ha especulado que las reacciones radical-radical forman estructuras aromáticas en las llamas de combustión y en el espacio profundo, pero no ha habido mucha evidencia para apoyar esta hipótesis ". "El presente experimento proporciona claramente evidencia científica de que las reacciones entre radicales a temperaturas elevadas forman moléculas aromáticas como el naftaleno".

Si bien el método utilizado en este estudio buscaba detallar cómo se forman tipos específicos de compuestos químicos en el espacio, los investigadores notaron que los métodos utilizados también pueden iluminar estudios más amplios de reacciones químicas que involucran radicales expuestos a altas temperaturas, como en los campos de la química de materiales y la síntesis de materiales.