كشفت الأبحاث المعملية عن كيفية انتشار ذرات الكربون على سطح حبيبات الجليد بين النجوم لتكوين مركبات عضوية معقدة (قائمة على الكربون) تعتبر ضرورية لكشف تعقيد الكيمياء الكونية. إن قائمة الجزيئات العضوية المكتشفة في الفضاء وفهم كيفية تفاعلها تتوسع بشكل مطرد بفضل التحسينات المستمرة في تقنيات المراقبة المباشرة، ومع ذلك، فإن التجارب المعملية التي تكشف عن العمليات المعقدة يمكن أن توفر أيضًا أدلة مهمة.
تصوير فني لتكوين المركبات العضوية على الجليد بين النجوم. المصدر: ماساشي تسوجي
الباحثون في جامعة هوكايدو، الذين يعملون مع زملائهم في جامعة طوكيو في اليابان، يقدمون رؤى مختبرية جديدة حول الدور المركزي لذرات الكربون في حبيبات الجليد بين النجوم في مجلة Nature Astronomy.
يُعتقد أن بعض الجزيئات العضوية الأكثر تعقيدًا في الفضاء تنشأ عند درجات حرارة منخفضة للغاية على أسطح جزيئات الجليد بين النجوم. ومن المعلوم أن جزيئات الجليد المناسبة لهذا الغرض تكثر في الكون.
تعتمد جميع الجزيئات العضوية على هيكل عظمي من ذرات الكربون المرتبطة. تتشكل معظم ذرات الكربون في البداية من خلال تفاعلات الاندماج النووي في النجوم، وتنتشر في النهاية في الفضاء بين النجوم عندما يموت النجم في انفجار مستعر أعظم. ولكن لتكوين جزيئات عضوية معقدة، تحتاج ذرات الكربون إلى آلية للتجمع معًا على سطح جزيئات الجليد، والالتقاء بالذرات الشريكة، وتكوين روابط كيميائية معها. يقترح بحث جديد آلية محتملة.
عند درجة حرارة أعلى من 30 كلفن (-243 درجة مئوية / -405.4 درجة فهرنهايت)، تنتشر ذرات الكربون وتتحد معًا لتشكل الكربون ثنائي الذرة C2. المصدر: ماساشي تسوجي وآخرون، علم الفلك الطبيعي. 14 سبتمبر 2023
قال ماساشي تسوجي، الكيميائي في معهد العلوم المبردة بجامعة هوكايدو: "في دراستنا، قمنا بإعادة إنتاج ظروف بين النجوم ممكنة في المختبر وتمكنا من اكتشاف تفاعل الانتشار لذرات الكربون الضعيفة الترابط على سطح جزيئات الجليد وتوليد جزيئات C2. C2، المعروف أيضًا باسم الكربون ثنائي الذرة، هو جزيء يتم فيه ربط ذرتي كربون معًا؛ وتكوينه هو دليل ملموس على وجود جزيئات الكربون المنتشرة. ذرات الكربون على جزيئات الجليد بين النجوم."
وجدت الدراسة أن هذا الانتشار يمكن أن يحدث عند درجات حرارة أعلى من 30 كلفن (ناقص 243 درجة مئوية / 405.4 درجة فوق الصفر فهرنهايت)، وفي الفضاء، يستغرق الأمر 22 كلفن فقط (ناقص 251 درجة مئوية / 419.8 درجة فهرنهايت فوق الصفر) لتنشيط انتشار ذرات الكربون.
ماساشي تسوزوكي (يسار)، المؤلف الأول والمؤلف المقابل لهذه الورقة، وناوكي واتانابي (يمين)، المؤلف المشارك. المصدر: ماساشي تسوجي
وقال Zhezhi إن النتائج تضع عملية كيميائية تم تجاهلها سابقًا في الإطار التوضيحي لكيفية بناء الجزيئات العضوية الأكثر تعقيدًا عن طريق إضافة ذرات الكربون باستمرار. وهو يعتقد أن هذه العمليات قد تحدث في أقراص الكواكب الأولية حول النجوم، والتي تتشكل منها الكواكب. ويمكن أن تتطور الظروف المطلوبة أيضًا فيما يسمى بالسحب الشفافة، والتي تتطور في النهاية إلى مناطق تشكل النجوم. وهذا يمكن أن يفسر أيضًا أصل المواد الكيميائية الموجودة على الأرض والتي ربما تكون قد أدت إلى ظهور الحياة.
بالإضافة إلى الأسئلة المتعلقة بأصل الحياة، يضيف هذا البحث عملية أساسية جديدة إلى مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية التي قد يكون لها، وربما لا تزال، كيمياء قائمة على الكربون في جميع أنحاء الكون.
يلخص المؤلفون أيضًا الفهم الحالي لتكوين المواد الكيميائية العضوية المعقدة في الفضاء بشكل عام، ويفكرون في كيف يمكن للتفاعلات التي تحركها ذرات الكربون المنتشرة أن تغير الوضع الحالي.