Química cósmica en el laboratorio
Investigando el duro entorno del espacio interestelar en un FLASH
Utilizando el láser de electrones libres FLASH del DESY, los científicos han recreado en el laboratorio parte del duro entorno del espacio interestelar y han analizado la reacción de las moléculas astroquímicas a estas condiciones. Los resultados muestran una imagen completa de la dinámica de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) bajo una radiación ultravioleta extrema en el vacío, que se asemeja al entorno cósmico entre las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Como escribe el equipo internacional dirigido por los científicos del DESY Bastian Manschwetus y Melanie Schnell, los resultados favorecen la comprensión de la química orgánica en el espacio. Su estudio se ha publicado en la revista Nature Communications, y aparece en el nuevo informe de los aspectos más destacados de Photon Science 2021 del DESY.
Imagen simbólica
pixabay.com
La química orgánica se ocupa de las reacciones, composiciones y propiedades de las moléculas que contienen carbono (C). Es especialmente importante para la química de la vida. Los HAP son un importante grupo de compuestos orgánicos, formados por carbono e hidrógeno (H). "Los hidrocarburos aromáticos policíclicos se encuentran en casi todos los rincones del universo y representan hasta el 20% de todo el carbono del espacio", explica Jason Lee, del DESY, uno de los principales autores del trabajo. "Estas moléculas desempeñan un papel importante en la química interestelar, proporcionando superficies de reacción, agregándose en especies más grandes como los fullerenos y fragmentándose en bloques de construcción para otras moléculas orgánicas, entre otras cosas. Nuestro trabajo pretende comprender la dinámica de reacción de los HAP tras la interacción con la radiación ionizante que se encuentra en el espacio interestelar".
Los científicos investigaron la respuesta de los tres pequeños HAPs fluoreno (C13H10), fenantreno (C14H10) y pireno (C16H10) a la radiación ultravioleta extrema (XUV) del láser de electrones libres FLASH del DESY. Los destellos XUV se ajustaron a una longitud de onda de 30,3 nanómetros, que coincide con una importante línea de emisión del helio en el espacio interestelar. A modo de comparación: la luz visible tiene una longitud de onda de entre 400 y 800 nanómetros.
Los fotones ultravioleta extremos pueden eliminar hasta tres electrones de una molécula de HAP, lo que conduce a un estado altamente ionizado. Con un instrumento especializado, la estación final CAMP, y una cámara ultrarrápida, PImMS, el equipo pudo desentrañar la compleja dinámica de fragmentación e ionización de las moléculas. El análisis muestra que todos los HAP investigados responden con extrema rapidez tras la absorción de la radiación de alta energía, redistribuyendo la energía en movimiento atómico en mucho menos de un picosegundo (trillonésima de segundo). Los científicos resumen estos procesos bajo el término de relajación. Los cálculos teóricos más avanzados predicen la relajación en la misma escala de tiempo.
Según los datos, las moléculas de PAH doblemente ionizadas -llamadas dicaciones, en las que el fotón XUV expulsó dos electrones de la molécula- tienen una fuerte preferencia por dividirse en dos fragmentos, cada uno de ellos con una sola carga eléctrica (de ahí que se llamen monocaciones). Los dicatiónes también mostraron una preferencia por fragmentarse en dos monocaciones acompañadas de la pérdida neutra de dos átomos de carbono (C2). Esto es especialmente intrigante, ya que refleja el mecanismo propuesto para la creación de HAPs en primer lugar, donde las moléculas de acetileno se añaden juntas secuencialmente. El acetileno es una molécula simple con la fórmula C2H2. Los experimentos también registraron la fragmentación de las moléculas de PAH con carga triple, lo que se comunicará en un artículo posterior.
"Nuestros resultados muestran que la relajación ultrarrápida puede ser omnipresente entre los hidrocarburos aromáticos policíclicos", afirma Lee. Otros experimentos realizados en FLASH en 2021 con un nuevo conjunto de HAPs deberán corroborar esta observación. Estos experimentos aportan valiosos conocimientos sobre la interacción de estas abundantes moléculas de HAP con la radiación interestelar, revelando los productos que se formarían en el espacio. Estos iones y fragmentos constituyen los bloques de construcción de otras moléculas, dando forma a la química orgánica del cosmos.
Han contribuido a esta investigación científicos de las universidades de Oxford, Kiel, Lund, Gotemburgo, Hamburgo, Ámsterdam, Göttingen, de la Universidad Radboud de Nimega, de la Universidad Estatal de San Petersburgo, de la Universidad Estatal de Kansas, de la Vrije Universiteit Amsterdam, del XFEL europeo y del DESY.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
