Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tiết lộ cách các nguyên tử carbon khuếch tán trên bề mặt các hạt băng giữa các vì sao để tạo thành các hợp chất hữu cơ (dựa trên carbon) phức tạp, rất quan trọng để làm sáng tỏ sự phức tạp của hóa học vũ trụ. Danh sách các phân tử hữu cơ được phát hiện trong không gian và sự hiểu biết về cách chúng tương tác ngày càng mở rộng nhờ những cải tiến liên tục trong kỹ thuật quan sát trực tiếp, tuy nhiên, các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tiết lộ các quá trình phức tạp cũng có thể cung cấp manh mối quan trọng.


Mô tả nghệ thuật về sự hình thành các hợp chất hữu cơ trên băng giữa các vì sao. Nguồn: Masashi Tsuge

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Hokkaido, phối hợp với các đồng nghiệp tại Đại học Tokyo, báo cáo những hiểu biết mới dựa trên phòng thí nghiệm về vai trò trung tâm của các nguyên tử carbon trên các hạt băng giữa các vì sao trên tạp chí Thiên văn học Tự nhiên.

Một số phân tử hữu cơ phức tạp nhất trong không gian được cho là được tạo ra ở nhiệt độ cực thấp trên bề mặt của các hạt băng giữa các vì sao. Người ta hiểu rằng các hạt băng thích hợp cho mục đích này có rất nhiều trong vũ trụ.

Tất cả các phân tử hữu cơ đều dựa trên khung nguyên tử cacbon liên kết. Hầu hết các nguyên tử carbon ban đầu được hình thành thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao và cuối cùng bị phân tán vào không gian giữa các vì sao khi ngôi sao chết trong vụ nổ siêu tân tinh. Nhưng để hình thành các phân tử hữu cơ phức tạp, các nguyên tử carbon cần có cơ chế kết tụ lại với nhau trên bề mặt các hạt băng, gặp gỡ các nguyên tử đối tác và hình thành liên kết hóa học với chúng. Nghiên cứu mới cho thấy một cơ chế có thể.

Trên 30 Kelvin (âm 243 độ C / âm 405,4 độ F), các nguyên tử carbon khuếch tán và kết hợp với nhau tạo thành carbon diatomic C2. Nguồn: MasashiTsuge và cộng sự, Thiên văn học Tự nhiên. Ngày 14 tháng 9 năm 2023

Masashi Tsuge, nhà hóa học tại Viện Khoa học đông lạnh của Đại học Hokkaido, cho biết: "Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã tái tạo các điều kiện khả thi giữa các vì sao trong phòng thí nghiệm và có thể phát hiện phản ứng khuếch tán của các nguyên tử carbon liên kết yếu trên bề mặt các hạt băng và tạo ra các phân tử C2. C2 còn được gọi là carbon diatomic, là hai nguyên tử carbon liên kết với nhau. phân tử; sự hình thành của nó là bằng chứng cụ thể về sự hiện diện của các nguyên tử carbon khuếch tán trên các hạt băng giữa các vì sao "

Nghiên cứu cho thấy sự khuếch tán này có thể xảy ra ở nhiệt độ trên 30 Kelvin (âm 243 độ C / 405,4 độ F trên 0) và trong không gian, chỉ cần 22 Kelvin (âm 251 độ C / 419,8 độ F trên 0) để kích hoạt sự khuếch tán. của nguyên tử cacbon.

Masashi Tsuzuki (trái), tác giả đầu tiên và tác giả tương ứng của bài báo, và Naoki Watanabe (phải), đồng tác giả. Nguồn: Masashi Tsuge

Tsuge cho biết những phát hiện này đã đưa một quy trình hóa học bị bỏ qua trước đây vào một khung giải thích: cách các phân tử hữu cơ phức tạp hơn được tạo ra bằng cách liên tục bổ sung các nguyên tử carbon. Ông tin rằng những quá trình này có thể xảy ra trong các đĩa tiền hành tinh xung quanh các ngôi sao, nơi các hành tinh hình thành. Các điều kiện cần thiết cũng có thể phát triển trong cái gọi là các đám mây mờ, cuối cùng phát triển thành các vùng hình thành sao. Điều này cũng có thể giải thích nguồn gốc của các chất hóa học trên Trái đất có thể tạo ra sự sống.

Ngoài các câu hỏi về nguồn gốc của sự sống, nghiên cứu này còn bổ sung thêm một quy trình mới cơ bản cho nhiều phản ứng hóa học có thể đã và vẫn có thể hình thành nên chất hóa học dựa trên carbon trong khắp vũ trụ.

Các tác giả cũng tóm tắt hiểu biết hiện tại về sự hình thành các hóa chất hữu cơ phức tạp trong không gian một cách tổng quát hơn và xem xét các phản ứng được thúc đẩy bởi các nguyên tử carbon khuếch tán có thể thay đổi tình hình hiện tại như thế nào.