Forskere opdager nye kilder til ‘molekylet, der gjorde universet’

Fra at hjælpe med at katalysere interstellare reaktioner og brændstof til fødslen af ​​stjerner til dens tilstedeværelse i kvarterets gasgiganter som Saturn og Jupiter, Trihydrogen eller H₃⁺er bedst kendt som “molekylet, der gjorde universet.”

Mens vi har et klart billede af, hvordan størstedelen af ​​h₃⁺ er dannet – et brintmolekyle eller h₂kolliderer med sin ioniserede modstykke, h₂⁺—Scientists er ivrige efter at forstå alternative kilder til H₃⁺ og for bedre at måle dens overflod i hele kosmos.

Nu i et nyt papir, der vises i NaturkommunikationMichigan State -forskere Piotr Piecuch og Marcos Dantus og deres grupper og samarbejdspartnere har givet hidtil uset indsigt i dannelsen af ​​H₃⁺ I forbindelser kendt som methylhalogener og pseudohalogener.

Disse fund følger tidligere gennembrudsopdagelser på MSU, herunder dannelsen af ​​H₃⁺ gennem en unik “roamingmekanisme” i dobbelt ioniserede organiske molekyler.

Dobbeltionisering opstår, når et atom eller molekyle udsættes for nok energi, siger fra en kosmisk stråle eller laser, at den mister to elektroner.

I deres seneste artikel observerede teamet en lignende roamingmekanisme i dobbelt ioniserede methylhalogener og pseudohalogener, der afslørede en række faktorer, der styrer dannelsen – eller fravær – af H₃⁺ I disse særlige forbindelser.

Disse dannelsesfaktorer kan påføres en lang række andre molekyler og udvider horisonten for forskere, der ønsker at studere oprindelsen og dannelsen af ​​molekylerne i universet.

“H₃⁺ er et lille molekyle, der måske ikke er så vigtigt for os på jorden som vand eller proteiner, men det er et molekyle, vi virkelig ønsker at forstå med hensyn til dets overflod i universet, hvordan det produceres, og hvor hurtigt dets kemiske reaktioner er, “Piectuch sagde, en universitetsudforskede professor og MSU Research Foundation professor i Department of Chemistry.

“Med vores fund kan vi kommunikere med andre, der leder efter kilder til H₃⁺ og de molekyler, der kan danne det. “

Roaming kosmos

At være “molekylet, der fik universet”, kommer med høje forventninger, og h₃⁺ Lever bestemt op til navnet.

“H₃⁺ er vigtig for astrokemi, fra fødslen af ​​stjerner til dannelsen af ​​mange organiske molekyler, ”sagde Dantus, en MSU Research Foundation -professor i MSU’s Department of Chemistry.

Med disse afgørende roller i tankerne havde Dantus -forskningsgruppen tidligere set ud over H₂-Møde-h₂⁺ dannelsesvej på jagt efter alternative kilder til h₃⁺. Denne tidligere forskning førte dem til dobbelt ionisere visse organiske molekyler, hvilket resulterede i et overraskende resultat.

I stedet for straks at bryde fra hinanden, som man kunne forvente, når man sætter to positive ladninger i et lille nok molekylært rum, et neutralt brint – H₂—Krodset i stedet fra molekylet.

Som en danser, der søger en balsal til en partner, denne h₂ Derefter “strejfede” rundt om molekylet, indtil det plukkede en ekstra proton ud og dannede H₃⁺.

“Vi demonstrerede, at brintet ikke blot flyver væk, men det stak rundt, undertiden i ganske lang tid,” tilføjede Dantus, som også er en universitetsudforskede professor. “Dette var meget usædvanligt.”

“Det er ikke den sædvanlige måde at tænke på opførelsen af ​​dobbelt ioniserede molekyler, men en meget vanskeligere proces,” sagde Piecuch og sammenlignede roamingmekanismen efterfulgt af protonabstraktion af H₂ Til det traditionelle billede af et dobbelt ioniseret molekyle, der blæser fra hinanden på grund af frastødelse af to positive ladninger – en proces, der er bedre kendt som en Coulomb -eksplosion.

At vende deres opmærksomhed mod halogener og pseudohalogener i deres seneste publikation, Stykker, Dantus og deres kolleger har bekræftet flere flere molekyler, der danner H₃⁺ Gennem dobbeltionisering og identificerede lige så afgørende dem, der ikke gør det.

Publikationen inkluderer flere film, der viser, hvordan h₃⁺ dannes i bestemte tilfælde. Disse blev forberedt i samarbejde med professor Benjamin Levine ved Stony Brook University og kan ses ved at besøge publikationens supplerende materiale.

Disse fund blev opnået gennem en kombination af ultrahast laserspektroskopi og avanceret beregningskemi, en afbalancerende ekspertise mellem de to grupper af spartanske forskere.

“Det, der var ganske specielt ved dette projekt-at bringe det til udførelse-var brugen af ​​avancerede teknikker fra hver side, inklusive teori og eksperimentering på højt niveau,” tilføjede Piecuch.

Jakten på h₃⁺

Ved at knække koden på h₃⁺ Dannelse i halogener og pseudohalogener, forskerne har med succes skabt et sæt styrende faktorer, der giver dem mulighed for at forudsige, hvilke organiske forbindelser der kan producere h₃⁺ Gennem dobbelt ioniseret roaming – faktorer, som Dantus og Piecuch siger, kan påføres en bred vifte af andre molekyler, inklusive mange, de ikke studerede.

Disse retningslinjer er et kraftfuldt værktøj for medforskere, der fortsætter søgningen efter alternative og måske overraskende kilder til H₃⁺såsom molekylære skyer i det interstellære rum.

“Hydrogen er det mest almindelige element i universet, så h₂ møde h₂⁺ er stadig nøglen, “forklarede Dantus.” Der er dog så mange organiske molekyler i disse diffuse molekylære skyer, at det er muligt meget h₃⁺ dannes stadig ved de processer, vi har studeret. “

Når man beskæftiger sig med et molekyle så allestedsnærværende som h₃⁺opdagelsen af ​​dens nye kilder kan i sidste ende uddybe vores forståelse af kosmisk kemi på alle niveauer.

“Selvom der kun er et par procent mere h₃⁺ Molekyler i universet på grund af de små organiske forbindelser, vi og andre har undersøgt, de modeller, som forskere bruger til at studere processer som stjernedannelse, kan muligvis revideres, “konkluderede Piecuch.