Kolkedjemolekyler som är så komplexa som C60 buckminsterfullerenes - "buckyballs" - kan bildas i rymden med hjälp av klustrade järnatomer, enligt nytt arbete av ASU cosmochemists. Arbetet förklarar också hur dessa järnkluster gömmer sig inuti vanliga kolkedjemolekyler. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Astrofysiker vet att järn (kemisk symbol:Fe) är ett av de vanligaste grundämnena i universum, efter lätta grundämnen som väte, kol, och syre. Järn finns oftast i gasform i stjärnor som solen, och i mer kondenserad form på planeter som jorden.
Järn i interstellära miljöer borde också vara vanligt, men astrofysiker upptäcker endast låga nivåer av det gasformiga slaget. Detta innebär att det saknade järnet finns i någon form av fast form eller molekylärt tillstånd, ändå har det varit svårt att identifiera dess gömställe i årtionden.
Ett team av kosmokemister vid Arizona State University, med stöd från W.M. Keck Foundation, hävdar nu att mysteriet är enklare än det verkar. Järnet saknas inte riktigt, de säger. Istället gömmer den sig tydligt. Järnet har kombinerats med kolmolekyler för att bilda molekylkedjor som kallas järnpseudokarbyner. Spektrana för dessa kedjor är identiska med de mycket vanligare kedjorna av kolmolekyler, länge känt för att finnas rikligt i det interstellära rymden.
Teamets arbete publicerades sent i juni i Astrofysisk tidskrift .
"Vi föreslår en ny klass av molekyler som sannolikt kommer att vara utbredda i det interstellära mediet, " sa Pilarasetty Tarakeshwar, forskardocent vid ASU:s högskola för molekylära vetenskaper. Hans medförfattare, Peter Buseck och Frank Timmes, är båda i ASU:s School of Earth and Space Exploration; Buseck, en ASU Regents Professor, är också i School of Molecular Sciences med Tarakeshwar.
Teamet undersökte hur kluster som bara innehåller ett fåtal atomer av metalliskt järn kan förenas med kedjor av kolmolekyler för att producera molekyler som kombinerar båda elementen.
Järnpseudokarbyner är sannolikt utbredda i det interstellära mediet, där extremt kalla temperaturer skulle leda till att kolkedjor kondenserar på Fe-klustren. över eoner, komplexa organiska molekyler skulle komma från dessa Fe-pseudokarbyner. Modellen visar en vätebelagd kolkedja fäst vid en Fe13-kluster (järnatomer är rödbruna, kol är grått, väte är ljusgrå). Kredit:P. Tarakeshwar/ASU
Nya bevis som erhållits från stjärnstoft och meteoriter indikerar den utbredda förekomsten av kluster av järnatomer i kosmos. I de extremt kalla temperaturerna i det interstellära rymden, dessa järnkluster fungerar som djupfrysta partiklar, gör det möjligt för kolkedjor av olika längder att fästa vid dem, producerar således andra molekyler än de som kan uppstå med järnets gasfas.
Sa Tarakeshwar, "Vi beräknade hur spektra för dessa molekyler skulle se ut, och vi fann att de har spektroskopiska signaturer nästan identiska med kolkedjemolekyler utan något järn." Han tillade att på grund av detta, "Tidigare astrofysiska observationer kunde ha förbisett dessa kol-plus-järnmolekyler."
Det betyder, forskarna säger, det saknade järnet i det interstellära mediet är faktiskt ute i klarsynt men maskerat som vanliga kolkedjemolekyler.
Det nya verket kan också lösa ett annat långvarigt pussel. Kolkedjor med mer än nio atomer är instabila, teamet förklarar. Ändå har observationer upptäckt mer komplexa kolmolekyler i det interstellära rymden. Hur naturen bygger dessa komplexa kolmolekyler från enklare kolmolekyler har varit ett mysterium i många år.
Buseck förklarade, "Längre kolkedjor stabiliseras genom tillsats av järnkluster." Detta öppnar en ny väg för att bygga mer komplexa molekyler i rymden, såsom polyaromatiska kolväten, varav naftalen är ett välbekant exempel, är huvudingrediensen i malpåse.
Sa Timmes, "Vårt arbete ger nya insikter om att överbrygga det gäspande gapet mellan molekyler som innehåller nio eller färre kolatomer och komplexa molekyler som C60 buckminsterfulleren, mer känd som "buckyballs."
