Kemija svemira otkriva nevidljive molekule koje na Zemlji ne mogu postojati

Prostor između zvijezda mnogima izgleda kao golema, beživotna praznina, no zapravo je pun iznenađenja. Dosad je u međuzvjezdanom prostoru otkriveno više od 300 različitih molekula — od jednostavnih do izuzetno nestabilnih spojeva. Neke od njih na Zemlji ne bi preživjele ni djelić sekunde. Kemičarka Kim Steenbakkers s nizozemskog sveučilišta Radboud upravo se takvim molekulama posvetila u svom doktorskom istraživanju koje će obraniti 3. lipnja.

“Uvjeti u svemiru potpuno su drukčiji nego ovdje na Zemlji,” objašnjava Steenbakkers. “Temperatura pada na oko -240 °C, tlak je ekstremno nizak, a sudari među molekulama iznimno su rijetki. Na Zemlji se molekule sudaraju milijardu puta u sekundi, dok se u svemiru to događa možda jednom u deset dana.”

Zbog tih ekstremnih uvjeta, u svemiru mogu nastati molekule koje su kod nas jednostavno – preosjetljive. Kad bi se pojavile u Zemljinoj atmosferi, odmah bi došle u kontakt s drugim molekulama u zraku i nestale u djeliću sekunde, mijenjajući svoj sastav ili se potpuno raspadajući. To znači da ih ne možemo jednostavno “uhvatiti” i proučavati u prirodi, kao što radimo s drugim tvarima. No upravo je to uspjelo Kim Steenbakkers i njezinim kolegama: razvili su način kako takve molekule umjetno stvoriti u laboratoriju i proučiti ih prije nego što nestanu.

Kako izgleda kemijski eksperiment s molekulama iz svemira

Ključ je u stvaranju laboratorijskih uvjeta koji oponašaju ekstremne uvjete u međuzvjezdanom prostoru. U laboratoriju HFML-FELIX, gdje se provodi istraživanje, postoji specijalna komora koja hladi molekule na -270 °C i u kojoj se tlak može gotovo u potpunosti eliminirati.

Steenbakkers je koristila snažan infracrveni laser kako bi ispitala kako te molekule reagiraju u takvom okruženju. Konkretno, radila je s molekulama C₂H⁺ i HC₂H⁺ — na Zemlji ih u prirodi nema jer bi odmah reagirale s plinovima iz zraka. No, postoji način da ih se kratkotrajno stvori: plin za zavarivanje, poznat kao acetilen (C₂H₂), može se bombardirati elektronima, čime se raspada i pritom nastaju upravo ti nestabilni ioni.

Nakon što su te molekule izolirane, Steenbakkers ih je izložila infracrvenom laseru kako bi dobila njihov spektroskopski otisak — jedinstven zapis koji pokazuje kako molekula apsorbira svjetlost i koji se može koristiti kao identifikacijski potpis. Da bi razumjela podatke koje je prikupila, morala je razviti nove metode i matematičke modele koji mogu objasniti ponašanje tako rijetkih i osjetljivih molekula.

Njezin pristup već je dao rezultate. Koristeći sličan metodološki okvir, znanstvenici su nedavno pomoću svemirskog teleskopa James Webb uspjeli potvrditi prisutnost molekule CH₃⁺ — metanskog iona koji nastaje uklanjanjem jednog atoma vodika iz metana (CH₄). Molekula je uočena u maglici Orion, jednom od najpoznatijih područja gdje nastaju nove zvijezde.

Prema Steenbakkers, molekule poput CH₃⁺, ali i one koje je sama proučavala, vjerojatno su znatno raširenije nego što se dosad mislilo. “Ako znamo točno koje su molekule prisutne u određenom dijelu svemira, možemo bolje razumjeti u kojem su stadiju evolucije zvijezde i planeti. Dugoročno, to nam pomaže rekonstruirati procese koji su doveli do nastanka života na Zemlji — i procijeniti gdje bi se u svemiru mogao dogoditi sličan razvoj.”