Interstellära moln är födelseplatser för nya stjärnor, men de spelar också en viktig roll i livets ursprung i universum genom områden av damm och gas där kemiska föreningar bildas. Forskargruppen, molekylära system, ledd av ERC-pristagaren Roland Wester vid Institutet för jonfysik och tillämpad fysik vid universitetet i Innsbruck, har satt sig i uppgift att bättre förstå utvecklingen av elementära molekyler i rymden. "Enkelt uttryckt, vår jonfälla låter oss återskapa förhållandena i rymden i vårt laboratorium, " förklarar Roland Wester. "Denna apparat tillåter oss att studera bildandet av kemiska föreningar i detalj." Forskarna som arbetar med Roland Wester har nu hittat en förklaring till hur negativt laddade molekyler bildas i rymden.

En idé byggd på teoretiska grunder

Innan upptäckten av de första negativt laddade kolmolekylerna i rymden 2006, man antog att interstellära moln endast innehöll positivt laddade joner. Sedan dess, det har varit en öppen fråga hur negativt laddade joner bildas. Den italienske teoretikern Franco A. Gianturco, som har arbetat som vetenskapsman vid universitetet i Innsbruck i åtta år, utvecklade ett teoretiskt ramverk för några år sedan som skulle kunna ge en möjlig förklaring. Förekomsten av svagt bundna stater, så kallade dipolbundna tillstånd, bör förbättra bindningen av fria elektroner till linjära molekyler. Sådana molekyler har ett permanent dipolmoment som stärker interaktionen på ett relativt stort avstånd från den neutrala kärnan och ökar infångningshastigheten för fria elektroner.

Observera dipolbundna tillstånd i laboratoriet

I deras experiment, Innsbruck -fysikerna skapade molekyler bestående av tre kolatomer och en kväveatom, joniserade dem, och bombarderade dem med laserljus i jonfällan vid extremt låga temperaturer. De ändrade kontinuerligt ljusets frekvens tills energin var tillräckligt stor för att stöta ut en elektron från molekylen. Albert Einstein beskrev denna så kallade fotoelektriska effekt för 100 år sedan. En djupgående analys av mätdata av den tidiga forskaren Malcolm Simpson från doktorandutbildningen, atomer, ljus och molekyler vid universitetet i Innsbruck belyser äntligen detta svåröverskådliga fenomen. En jämförelse av data med en teoretisk modell gav slutligen tydliga bevis på förekomsten av dipolbundna tillstånd. "Vår tolkning är att dessa dipolbundna tillstånd representerar ett slags dörröppnare för bindning av fria elektroner till molekyler, vilket bidrar till skapandet av negativa joner i rymden, " säger Roland Wester. "Utan detta mellansteg, det skulle vara mycket osannolikt att elektroner faktiskt skulle binda till molekylerna."