Znanstvenici otkrili kako molekule preživljavaju ekstremne uvjete u svemiru

Otkrivena tajna opstanka molekula u svemiru: Organski spojevi prkose ekstremnim uvjetima zahvaljujući neobičnoj sposobnosti hlađenja.

---

Zahvaljujući iznimnoj osjetljivosti svemirskog teleskopa James Webb (JWST), znanstvenici su dobili uvid u ponašanje složenih organskih molekula u svemiru koje prkose svim pravilima dosadašnje kemije. Nova studija otkriva kako policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), koji su ključni sastojci kozmičke “juhe života”, uspijevaju preživjeti u najnemilosrdnijim dijelovima galaksije — i to zahvaljujući procesu koji do sada nije bio u potpunosti prepoznat.

Molekule koje ne bi trebale postojati — ali postoje

PAH molekule otkrivene su u hladnim molekularnim oblacima, gdje ih neprestano bombardiraju ultraljubičasto zračenje i kozmičke zrake. Ti visokoenergetski uvjeti trebali bi ih ionizirati, razbiti ili potpuno uništiti, no unatoč tome, one ostaju stabilne.

Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Physical Review Letters, otkriva kako određene vrste PAH molekula, konkretno zatvorenih elektronskih ljuski poput kationa indenila (C₉H₇⁺), koriste vrlo specifičan mehanizam za preživljavanje. Umjesto da se raspadnu, molekule se hlade infracrvenim zračenjem i posebnom vrstom fluorescencije u kojoj se višak energije ispušta kroz kratke, ponavljajuće faze aktivacije.

Kozmički rezervoari ugljika

PAH molekule predstavljaju jedno od najvećih galaktičkih skladišta ugljika — elementa koji je temelj svih poznatih oblika života. Procjene sugeriraju da između 10% i 25% sveg međuzvjezdanog ugljika dolazi upravo iz ovih molekula.

Zahvaljujući kombinaciji podataka iz teleskopa James Webb i ranijih opažanja teleskopa Spitzer, potvrđeno je da su PAH spojevi rasprostranjeni diljem svemira. Zatvorene varijante tih molekula otkrivene su u tamnim oblacima, dok se njihovi ionizirani oblici očekuju u svjetlijim, zvjezdotvornim regijama.

Dosadašnja laboratorijska istraživanja bila su usmjerena na tzv. radikalne katione, odnosno molekule s nesparenim elektronima, koje višak energije raspršuju putem posebnog oblika fluorescencije u kojem se više puta aktiviraju prije nego što emitiraju svjetlost. No o stabilnijim, tzv. zatvorenim molekulama poput onih koje je detektirao JWST, dosad se znalo vrlo malo.

Švedski laboratorij simulirao svemirske uvjete

Kako bi bolje razumjeli ponašanje tih molekula, znanstvenici su proučili kation indenila (C₉H₇⁺), koji je relevantan za međuzvjezdane oblake. Eksperimenti su provedeni u DESIREE laboratoriju u Stockholmu — sofisticiranom postrojenju koje može pohraniti ione satima na temperaturama od samo 13 kelvina i pri gotovo potpunom vakuumu.

Znanstvenici su zagrijali molekule na visoke unutarnje energije kako bi simulirali uvjete nakon sudara s energetskim česticama u svemiru. Pitanje je bilo: hoće li se molekule raspasti ili će uspjeti izgubiti energiju zračenjem?

Podaci su potom analizirani kombinacijom teoretskih modela i računalnih simulacija molekularne dinamike. Pokazalo se da se kation indenila učinkovito hladi čak i pri razinama energije koje bi inače dovele do njegova raspada. Ključnu ulogu ima poseban oblik fluorescencije u kojem molekula prolazi kroz ponovljene faze aktivacije i zračenja, a koji se pokazao učinkovitijim od samog infracrvenog hlađenja.

Nova perspektiva na kemiju svemira

Znanstvenici naglašavaju da su njihova otkrića važna jer objašnjavaju zašto su zatvorene PAH molekule mnogo češće u svemiru nego što se predviđalo. Ova saznanja dodatno pomažu u razvoju točnijih modela kemijskih procesa u međuzvjezdanom prostoru i daju novo svjetlo na podrijetlo organskih molekula koje su možda sudjelovale i u stvaranju života.

U svijetu gdje visokoenergetske čestice haraju galaksijom, ove neobične molekule uspijevaju ne samo preživjeti, već i opstati zahvaljujući jednom od najefikasnijih mehanizama hlađenja ikad zabilježenih u kozmičkoj kemiji.