”Vi har visat att reaktiva PAH-fragment kan överleva i rymdlika miljöer och att de därför kan bidra till olika kemiska processer som sker i rymden, berättar Michael Gatchell, Stockholms universitet.

Det interstellära mediet, ISM, utgörs av den materia och den strålning som finns mellan stjärnsystemen i rymden. ISM utgörs bland annat av gaser och rymdstoft men det finns också belägg för att det innehåller stora polycykliska aromatiska kolväten, PAH. Hur de bildas där är dock inte klarlagt.

Man tror att uppemot 20 procent av alla kolatomer i universum finns just i PAH-molekyler. Anledningen till att de är så vanliga är att de är mycket stabila och därför kan klara den strålning som de utsätts för ute i rymden. Stabiliteten innebär dock också att PAH-molekylerna är väldigt oreaktiva.

I en ny studie visar forskare från Stockholms universitet och österrikiska Innsbrucks universitet att PAH-molekylen koronen – som består av sju perifuserade bensenringar omgivna av väteatomer – kan ge upphov till långlivade, reaktiva PAH-molekyler. Dessa skulle eventuellt kunna bidra till bildandet av aminosyror och andra komplexa organiska molekyler ute i rymden. Bland annat har sådana molekyler hittats inuti olika meteoriter.

Man tror även att de spelar en roll i omvandlingen av fria väteatomer (H) till vätemolekyler (H2), vilket är ett viktigt steg när en stjärna bildas ur ett stort gasmoln.

Forskarna har tidigare visat att den kemiska reaktiviteten hos PAH-molekyler kan ökas om enskilda kolatomer slås ut ur deras struktur. För att slå loss kolatomer och få till sådana defekta och reaktiva PAH-molekyler bombarderades molekylerna med atomer i en hastighet kring 100 kilometer per sekund.

Sådana hastigheter motsvarar ungefär vad som förväntas i stjärnvindar eller i tryckvågor efter en supernovaexplosion, som båda framförallt består av lätta atomer som väte eller helium. Därför tror man att processer där atomer slås ut ur bland annat PAH-molekyler sker i de rymdmiljöer där dessa finns.

Är reaktiva PAH tillräckligt stabila för rymden?

Man vet alltså att defekta PAH-molekyler är mer reaktiva men frågan har varit om de är tillräckligt stabila för att hålla länge nog för att bidra till olika kemiska reaktioner. Tätheten mellan atomer och molekyler i rymden är nämligen väldigt låg och i vissa fall kan en molekyl få vänta i flera år innan den träffar på en partikel som den eventuellt kan reagera med.

I en ny studie har forskarna från Stockholms universitet och Innsbrucks universitet använt positivt laddade koronenjoner. Med hjälp av heliumatomer slogs enstaka kolatomer ut ur dessa för att skapa mer reaktiva PAH-molekyler.

De fragment som bildades studerades sedan i anläggningen DESIREE, vid Fysikum på Stockholms universitet. Inuti DESIREE råder ett extremt lågt vakuumtryck och en låg temperatur på endast cirka 10 grader över den absoluta nollpunkten, cirka –260 °C. Detta gör att joner, som annars lätt förstörs av kollisioner med exempelvis gasmolekyler, kan lagras och studeras under längre tid – upp till flera timmar.

De fragment som bildas när en kolatom slås ut ur en PAH-molekyl kan vara så varma att de bryts ner och sönderfaller av värmeenergin men enligt mätningarna i DESIREE kunde forskarna se att majoriteten av fragmenten var stabila och att de redan efter en hundradels sekund hade stabiliserats. Vid längre tider än så återstod endast fragment som skulle kunna överleva för evigt om de inte stöter på andra molekyler eller värms upp på något annat sätt.

– Vi har alltså lyckats visa på ett tydligt sätt att reaktiva PAH-fragment kan överleva i rymdlika miljöer och att de därför kan bidra till olika kemiska processer som sker i rymden, berättar Michael Gatchell, postdoktor vid Fysikums avdelning för atomfysik, Stockholms universitet, och försteförfattare till artikeln, som publicerats i Nature Communications.

Läs artikeln här: Survival of polycyclic aromatic hydrocarbon knockout fragments in the interstellar medium | Nature Communications