Var kommer de molekyler som krävs för liv härstammar? Det kan vara så att små organiska molekyler först dök upp på jorden och senare kombinerades till större molekyler, som proteiner och kolhydrater. Men en andra möjlighet är att de har sitt ursprung i rymden, möjligen inom vårt solsystem. En ny studie, publiceras denna vecka i Journal of Chemical Physics , från AIP Publishing, visar att ett antal små organiska molekyler kan bildas i en kyla, rymdliknande miljö full av strålning.

Utredare vid University of Sherbrooke i Kanada har skapat simulerade rymdmiljöer där tunna isfilmer som innehåller metan och syre bestrålas av elektronstrålar. När elektroner eller andra former av strålning träffar så kallade molekylära isar, kemiska reaktioner uppstår och nya molekyler bildas. Denna studie använde flera avancerade tekniker inklusive elektronstimulerad desorption (ESD), Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och temperaturprogrammerad desorption (TPD).

Experimenten utfördes under vakuumförhållanden, vilket både krävs för analysteknikerna som används och efterliknar det höga vakuumtillståndet i yttre rymden. Frysta filmer som innehåller metan och syre som används i dessa experiment efterliknar ytterligare en rymdliknande miljö, eftersom olika typer av is (inte bara fruset vatten) bildas runt stoftkorn i de täta och kalla molekylära moln som finns i det interstellära mediet. Dessa typer av isiga miljöer finns också på objekt i solsystemet, som kometer, asteroider och månar.

Alla dessa isiga ytor i rymden utsätts för flera former av strålning, ofta i närvaro av magnetiska fält, som accelererar laddade partiklar från stjärnvinden (solvinden) mot dessa frusna föremål. Tidigare studier har undersökt kemiska reaktioner som kan inträffa i rymdmiljöer genom användning av ultraviolett eller andra typer av strålning, men detta är en första detaljerad titt på sekundära elektroners roll.

Stora mängder sekundära elektroner produceras när högenergistrålning, såsom röntgenstrålar eller tunga partiklar, interagera med materia. Dessa elektroner, även känd som lågenergielektroner, eller LEES, är fortfarande tillräckligt energiska för att framkalla ytterligare kemi. Arbetet som rapporterades denna vecka undersökte LEE som interagerar med isiga filmer. Tidigare studier av denna grupp ansåg positivt laddade reaktionsprodukter som sprutats ut från isar som bestrålats av LEE, medan arbetet som rapporterades denna vecka utökade studien till att omfatta utstötta negativa joner och nya molekyler som bildas men förblir inbäddade i filmen.

Forskargruppen fann att en mängd olika små organiska molekyler producerades i isiga filmer utsatta för LEE. Propylen, etan och acetylen bildades alla i filmer av frusen metan. När en frusen blandning av metan och syre bestrålades med LEE, de hittade direkta bevis för att etanol bildades.

Indirekta bevis för många andra små organiska molekyler, inklusive metanol, ättiksyra och formaldehyd hittades. Dessutom, både röntgenstrålar och LEE gav liknande resultat, fast i olika takt. Således, det är möjligt att livets byggstenar kan ha skapats genom kemiska reaktioner inducerade av sekundära elektroner på isiga ytor i rymden utsatta för någon form av joniserande strålning.