&bala; Física 18, 115
O ambiente interestelar severo deve destruir essas moléculas ricas em carbono; Experimentos revelam sua arma secreta.
As moléculas orgânicas chamadas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP) preenchem o espaço interestelar e representam um grande reservatório de carbono, um elemento essencial para a vida. A menor dessas moléculas sobrevive misteriosamente ao ambiente severo do espaço, e uma equipe de pesquisa agora explicou como eles fazem (1). Em experimentos em condições espaciais, a equipe mostrou que as moléculas podem usar um processo chamado fluorescência recorrente para eliminar parte da energia vibracional potencialmente destrutiva que eles recebem de fótons ultravioleta e colisões moleculares. Os resultados ajudarão os teóricos a modelar a disseminação dos blocos de construção da vida em todo o cosmos.
Os PAHs se formam em estrelas moribundos e são expulsos by way of supernovas no meio interestelar. Em 2021, eles foram detectados em nuvens interestelares frias (nuvens moleculares), e o Observatório JWST confirmou evidências generalizadas para pequenos PAHs em abundância mais alta do que os modelos prevêem. De alguma forma, pequenos HAPs sobrevivem à radiação ultravioleta, colisões moleculares e outros processos que desencadeiam vibrações internas que podem separá -las.
“Um dos maiores quebra -cabeças no momento em Astroquímica é como esses PAHs podem existir” no espaço interestelar, diz Ilsa Cooke, um astroquímico da Universidade da Colúmbia Britânica, Canadá. De alguma forma, pequenos HAPs derramaram sua energia further vibracional, ou “fria” e evitam a dissociação. A comunidade astronômica geralmente acredita que apenas grandes HAPs – com 50 ou mais átomos de carbono – podem sobreviver, de acordo com James Bull, da Universidade de East Anglia, no Reino Unido. A maioria dos modelos assume que essas moléculas grandes resfriam emitindo a radiação infravermelha, mas esse processo de resfriamento radiativo não funciona com eficiência para moléculas menores.
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Experimentos de laboratório mostraram outra maneira de que alguns pequenos HAPs podem perder energia; O processo é chamado de fluorescência recorrente: uma molécula vibracionalmente excitada pode se aumentar em um estado excitado eletronicamente e depois emitir um fóton que tira grande parte de sua energia vibracional. Esse processo pode levar milissegundos, enquanto a fluorescência comum – na qual um fóton é absorvido e depois emitido rapidamente – toca nanossegundos.
Mas os estudos de laboratório investigaram apenas íons HAP de casca aberta, que têm elétrons de valência não pareados. Por outro lado, as recentes observações de nuvem de gás interestelar do JWST indicam pequenos HAPs neutros com estruturas eletrônicas de casca fechada. Consistente com o JWST, os rádios astrônomos identificaram um HAP chamado Indene ( ) na nuvem molecular de Taurus 1. Não se sabe se o processo de resfriamento observado no laboratório para íons PAH de casca aberta também se aplica às moléculas neutras de casca fechada observadas no espaço, como o indeno.
Para medir a taxa de resfriamento radiativa e determinar a importância da fluorescência recorrente em um HAP de casca fechada, Bull projetou um experimento no anel de armazenamento de íons criogênicos desestiree da Universidade de Estocolmo. A instalação permite que os íons circulem por até uma hora em condições que imitam aquelas encontradas em algumas regiões de espaço – uma temperatura de 13 Okay e uma densidade de gás de 104 partículas/cm3. “Geralmente dizemos que a infraestrutura está fornecendo uma nuvem molecular em uma caixa”, diz Bull. A idéia period que as moléculas, excitadas por colisões em um plasma antes de entrar no ringue, esfriassem enquanto circulavam ao redor do ringue.
Ele e colegas usaram uma forma ionizada de indene chamada indenil ( ), que se pensa ser igualmente abundante no espaço. A equipe enviou moléculas de indenil excitadas vibracionalmente circulando centenas de milhares de vezes por segundo no anel de armazenamento de 8,6 m-circundafreção. Quando essas moléculas se separaram, os fragmentos neutros perderam suas órbitas estáveis e deixaram o anel, e alguns foram coletados pelos detectores. O número de fragmentos indenil caiu ao longo do tempo, e os pesquisadores descobriram que esse processo de estabilização ocorreu 5 vezes mais rápido do que o típico de sistemas resfriados apenas por emissão de infravermelho.
Para identificar um mecanismo, os pesquisadores se voltaram para simulações de dinâmica molecular. Para energias vibracionais iniciais na faixa entre 5 e 8 eV, o indenil está sujeito a três processos concorrentes: perda de energia por emissão de infravermelho, perda de energia por fluorescência recorrente e dissociação. Um modelo que combina esses processos correspondeu à taxa de estabilização observada de indenil. Por outro lado, modelos excluindo a fluorescência recorrente superestimaram substancialmente a taxa de dissociação. Diferentemente da modelagem anterior, que assumiu que os HAPs têm uma única estrutura rígida, esse novo modelo incluía vibrações moleculares internas que podem aumentar a taxa de fluorescência recorrente, diz Bull.
Cooke diz que o trabalho de Bull “forneceu informações críticas sobre a sobrevivência de pequenos HAPs” no meio interestelar. Indica que a fluorescência recorrente desempenha um papel elementary na estabilização de moléculas isoladas de PAH. “O próximo passo é que os astrochemistas estabeleçam a melhor maneira de incorporar essas descobertas em seus modelos para melhor investigar o ciclo de vida interestelar dos PAHs”, diz ela.
–Rachel Berkowitz
Rachel Berkowitz é uma editora correspondente para Revista de Física com sede em Vancouver, Canadá.
Referências
- Jn Bull et al.“Estabilização radiativa do cátion indenil: fluorescência recorrente em um hidrocarboneto aromático policíclico de casca fechada”. Phys. Rev. Lett. 134228002 (2025).
