Astronomi već desetljećima uočavaju velike ugljikove molekule u svemiru, ali dosadašnji modeli teško su objašnjavali kako nastaju dovoljno brzo. Istraživanje tima sa Sveučilišta Hawaiʻi, objavljeno u časopisu Nature Communications, pokazuje da se policiklički aromatski ugljikovodici, poznati pod kraticom PAH, mogu graditi bržom reakcijom nego što se prije pretpostavljalo.
PAH su skupina molekula sastavljenih od prstenova ugljikovih i vodikovih atoma. Nalaze se u plinu i prašini oko umirućih zvijezda, u međuzvjezdanim oblacima i u materijalu od kojeg nastaju novi planetarni sustavi. Teleskopi ih često otkrivaju po karakterističnom infracrvenom sjaju, ali količina koju opažamo bila je teško objašnjiva sporim, korak-po-korak modelima.
Više veza u jednom kemijskom koraku
U novom mehanizmu arilni radikal, vrlo reaktivna ugljikova skupina, može se spojiti s nezasićenom molekulom i zatim zatvoriti novi prsten. Umjesto da se ugljik dodaje jedan po jedan atom, nekoliko se kemijskih veza stvara u povezanom nizu reakcija. Takav put znatno ubrzava rast većih aromatskih struktura.
Istraživači su reakciju proučavali u laboratoriju s molekularnim snopovima i mikroreaktorom. Uvjeti su podešeni tako da oponašaju visoke temperature kakve vladaju u plinu oko starih zvijezda i u drugim energičnim svemirskim okruženjima. Pokusi su pokazali da takvim putem mogu nastati i velike molekule PAH, što je ranijim modelima bilo teško objasniti u raspoloživom vremenu.
Zašto su PAH važni astronomima
Ove molekule nisu tek sporedni proizvod zvjezdane kemije. PAH utječu na zagrijavanje i hlađenje međuzvjezdane tvari, a njihove površine mogu sudjelovati u nastanku drugih organskih spojeva. Dio tog materijala kasnije ulazi u protoplanetarne diskove, gdje se iz plina i prašine oblikuju planeti.
Točan udio PAH-a u različitim vrstama zvijezda i oblaka još nije poznat. Ranija istraživanja međuzvjezdanih molekula pokazala su da se organske strukture mogu održati u iznimno negostoljubivim uvjetima, ali pitanje njihova nastanka ostaje zaseban problem. Nova reakcija daje kemijski korak koji povezuje jednostavnije ugljikove spojeve s mnogo većim molekulama.
Modeli sada moraju računati s bržim putem
U svemiru vjerojatno djeluje više kemijskih puteva do PAH-a. Okolina oko zvijezde mijenja temperaturu, gustoću i sastav plina, pa će u različitim područjima prevladavati različite reakcije. Novi mehanizam pokazuje da se velike aromatske molekule mogu pojaviti u vremenu usporedivom s razvojem zvjezdanih omotača, što je dosad bilo teško objasniti.
Sljedeći korak bit će usporediti laboratorijske brzine reakcija s infracrvenim spektrima stvarnih zvijezda i oblaka. Ako se predviđeni omjeri molekula poklope s opažanjima, astronomi će dobiti pouzdaniji opis kemijskog ciklusa ugljika od umirućih zvijezda do materijala koji ulazi u nove planetarne sustave.
