Brett McGuire caută în spațiu chimia vieții

Sigla SN10 2019

Într-o realitate diferită, spațiul ar putea mirosi a migdale. La urma urmei, oamenii de știință care cercetează substanțele chimice din cosmos au descoperit benzonitril; doar un pic din compus ți-ar umple nările cu un miros de migdale amare.

Dar cosmosul nostru este prea vast. „Spațiul miroase a nimic”, spune astrochimistul Brett McGuire. „Nu este suficient pentru a simți un miros real.”

McGuire, 32 de ani, de la National Radio Astronomy Observatory din Charlottesville, Virginia, a confirmat prezența benzonitrilului într-un nor întunecat din Calea Lactee. El a descoperit, de asemenea, unele dintre cele mai complexe molecule din spațiu până în prezent. Aflând care molecule sunt acolo, el și alții speră să învețe cum chimia organică care stă la baza întregii vieți de pe Pământ – și poate oriunde altundeva în univers – începe în spațiu.

McGuire a început în spațiu ca universitar de chimie la Universitatea din Illinois din Urbana-Champaign. În timpul unei discuții, Ben McCall, acum expert în sustenabilitate la Universitatea Dayton din Ohio, a explicat ce face pentru a-și câștiga existența. El a spus ceva de genul: „Am aruncat rahat în aer, îl torturez cu lasere și apoi îl caut în spațiu”, își amintește McGuire.

Destul spus. McGuire și-a petrecut acea vară lucrând în laboratorul lui McCall, construind un spectrometru pentru a studia modul în care hidrogenul gazos, H2reactioneaza cu H3+ — trei atomi de hidrogen cu doar doi electroni. Unele dintre cercetările lui McCall au inclus eliminarea gazelor de molecule simple cu electricitate – „un fulger în miniatură”, spune McGuire – pentru a forța atomii să se recombine în noi compuși care nu pot fi cumpărați într-o sticlă.

„Brett a fost un tânăr om de știință foarte precoce”, spune McCall. „A fost singura dată când am avut un student care a început cu adevărat un instrument nou de la zero ca student.”

structura chimică a benzonitrilului
Descoperirea benzonitrilului într-un nor de praf din Calea Lactee sugerează că molecule complexe se pot forma din acumularea de molecule mai mici în spațiu. (Carbonul este negru, alb hidrogen și albastru azot.)Ben Mills și Jynto/Wikimedia Commons

Deoarece spațiul este atât de mare și în mare parte gol, cel puțin după standardele Pământului, poate dura milioane de ani pentru ca două molecule care zboară ca niște mingi de biliard să se apropie suficient de mult pentru a interacționa. „Dar nu sunt doar bile de biliard neutre acolo”, spune McGuire. O moleculă încărcată, ca H3+, care a fost descoperit în spațiul interstelar, poate trage alte molecule mai aproape. „Mai mult sau mai puțin toată chimia din spațiu se poate retrage până la H3+
la un moment dat.”

Și toată acea chimie include niște chestii atrăgătoare de realiste. În 2016, McGuire și colegii au raportat că au descoperit oxid de propilenă într-un nor de gaz din Calea Lactee. Aceasta a fost prima moleculă văzută în spațiu care, la fel ca aminoacizii care alcătuiesc proteinele și sunt esențiali pentru viața pe Pământ, are două forme care sunt imagini în oglindă una ale celeilalte. Inele mari de carbon și hidrogen, numite hidrocarburi aromatice policiclice sau HAP, au fost de asemenea observate în jurul stelelor moarte sau pe moarte – deși a fost greu de spus câți atomi de carbon și hidrogeni conțin HAP.

HAP-urile sunt considerate a fi semințele de praf, planete și chimie organică din galaxia noastră și din alte galaxii, spune McGuire. Deci, cum se formează? „Cum treci de la H3+ la lucruri care literalmente se unesc împreună pentru a face elementele de bază ale vieții?” el intreaba.

Lucrarea de enumerare a ceea ce este acolo are loc în mare parte într-un laborator de pe Pământ. McGuire injectează o pufă de gaz din molecula de care este interesat într-o cameră vid mare, unde temperatura și presiunea scăzută fac gazul să se extindă. Apoi lovește gazul cu un puls de radiații intense cu microunde sau radio, trimițând moleculele să se prăbușească. Pe măsură ce se prăbușesc, moleculele emit fotoni la o frecvență specifică. Acea semnătură luminoasă, numită spectrul de rotație al moleculei, este ceea ce McGuire caută atunci când caută acele molecule în spațiu.

Odată ce McGuire știe amprenta moleculară pe care o urmărește, apelează la radiotelescoape pentru a găsi aceeași amprentă în spațiu. Mulți oameni de știință se concentrează pe o ramură a acestui proces sau alta, spectroscopia de laborator sau astronomia interstelară; doar câțiva au experiență în ambele. „Brett este unul dintre acei foarte puțini oameni”, spune McCall.

Pentru a adulmeca migdale în spațiu, McGuire și colegii au concentrat telescopul Robert C. Byrd Green Bank din Virginia de Vest pe TMC-1, un nor întunecat la aproximativ 450 de ani lumină de Pământ „unde poate există stele care se gândesc să înceapă să se formeze”. spune McGuire. Patruzeci de ore de observare au confirmat că benzonitril, un inel de benzen cu o moleculă de cianură blocată la capăt, se afla acolo.

pepiniera stelară TMC-1
Oamenii de știință au detectat molecule complexe în TMC-1, o pepinieră stelară din Calea Lactee. Norului îi lipsesc stele mari și strălucitoare, iar boabele sale de praf strălucesc doar slab (prezentate în portocaliu).ESO

În ultimul timp, McGuire și colegii se apropie de un premiu mai mare: PAH-uri specifice în spațiul dintre stele. Cunoașterea compoziției HAP în spațiu va ajuta la dezvăluirea modului în care acestea fac clic împreună de la molecule mai mici, spune McGuire. Găsirea acestor molecule ar arăta că o chimie avansată are loc, în unele cazuri înainte ca stelele să înceapă să se formeze.

Benzonitrilul și moleculele mai complexe la care sugerează sunt „primul marker clar” al chimiei pe bază de carbon în spațiu, spune Ryan Fortenberry, astrochimist la Universitatea Mississippi din Oxford, care nu a fost implicat în descoperirea benzonitrilului. „Înainte de asta, ne-am cam plimbat prin sălbăticie”, spune Fortenberry. „Acum am găsit drumul.”