SG.hu·
Kvantum mechanikával lehetséges a "lehetetlen" űrkémia
A kvantum mechanika furcsaságai olyan molekulát hozhatnak létre az űrben, ami a kémia klasszikus törvényei szerint nem is létezhetne. Amennyiben a csillagközi űr valóban egyfajta kvantum-kémiai labor, az magyarázatot adhatna a világűrben észlelt szerves molekulákra.
A csillagközi űr túl hideg a kémiai reakciók többségének, mivel az alacsony hőmérséklet megnehezíti az űrben sodródó molekulák számára a kötéseik felbontásához szükséges energia megszerzését. "Van egy alapszabály, ami kimondja, minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál lassabb a reakciók sebessége" - magyarázta Dwayne Heard, a brit Leeds Egyetem kutatója.
Ennek ellenére szép számmal akadnak összetett szerves molekulák az űrben. Egyes reakciók végbemehetnek akkor, amikor a molekulák a kozmikus porszemcsék felszínéhez tapadnak, ez elegendő időt adhat nekik a reakcióhoz szükséges energia beszerzéséhez. Nem minden reakció magyarázható azonban ezzel a lehetőséggel.
Tavaly a Földtől 600 fényévre húzódó Perseus molekuláris felhőben csillagászok metoxi molekulákat fedeztek fel, melyek szenet, hidrogént és oxigént tartalmaznak. A kutatóknak azonban nem sikerült ezt a molekulát előállítani az űrbeli körülményeket szimuláló laboratórium kísérletekben, ami nyitva hagyta a kialakulásukról szóló kérdést.
A metoxihoz más módon is eljuthatunk, méghozzá egy hidroxilgyök metanol gázzal keverésével. Az elemek jelen vannak ugyan az űrben, ehhez a reakcióhoz azonban le kell küzdeni egy jelentős energia akadályt, amihez ugyancsak kevés az űr hideg közegéből beszerezhető energia.
Heard és munkatársai kíváncsiak voltak, vajon megtalálhatják-e a választ a kvantum mechanikában, a kvantum alagút-effektus elnevezésű jelenség, melynek lényege, hogy egy részecske bizonyos valószínűséggel képes áthatolni egy olyan fékező erőtéren, melynek leküzdéséhez a klasszikus fizika szerint nincs elegendő energiája ugyanis elvileg adhat némi esélyt a hidroxilgyöknek, hogy átvágja magát ezen az akadályon. Ezen felbuzdulva a kutatócsoport egy újabb kísérletben 63 Kelvin fokra hűtött gáznemű hidroxilt és metanolt, melyben a metoxi létrejött.
Az elv szerint az alacsony hőmérsékleten a molekulák lelassulnak, megnövelve az alagutazás valószínűségét. "Normál hőmérsékleten csupán lepattannak egymásról, de amikor lecsökkentjük a hőfokot elég hosszan elszórakoznak egymással" - mondta Heard.
A csapat azt is megfigyelte, hogy a reakció ötvenszer gyorsabban megy végbe a kvantumalagutazással, mint hagyományosan szobahőmérsékleten. Az űr sokkal hidegebb a kutatók által előidézett 63 Kelvinnél, azonban a csillagok közelében található porfelhők elérhetik ezt a hőmérsékletet, tette hozzá Heard. "Bemutattuk, hogy léteznek szerves kémiai reakciók ott, ahol nem is feltételeztük" - összegzett Heard.
Ez azt jelenti, hogy a világűr kémiája gazdagabb lehet, mint azt eddig képzeltük. Mindazonáltal, csak azért mert ezek a molekulák létrejöhetnek az űrben, nem jelenti azt, hogy a Földön megtalálható megfelelőik is űrbeli eredettel rendelkeznek. "Ezzel kapcsolatban még nem törhetünk pálcát" - kommentálta az eredményeket Helen Fraser a Strathclyde Egyetem kutatója, aki nem vett részt a tanulmányban.
A csillagközi űr túl hideg a kémiai reakciók többségének, mivel az alacsony hőmérséklet megnehezíti az űrben sodródó molekulák számára a kötéseik felbontásához szükséges energia megszerzését. "Van egy alapszabály, ami kimondja, minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál lassabb a reakciók sebessége" - magyarázta Dwayne Heard, a brit Leeds Egyetem kutatója.
Ennek ellenére szép számmal akadnak összetett szerves molekulák az űrben. Egyes reakciók végbemehetnek akkor, amikor a molekulák a kozmikus porszemcsék felszínéhez tapadnak, ez elegendő időt adhat nekik a reakcióhoz szükséges energia beszerzéséhez. Nem minden reakció magyarázható azonban ezzel a lehetőséggel.
Tavaly a Földtől 600 fényévre húzódó Perseus molekuláris felhőben csillagászok metoxi molekulákat fedeztek fel, melyek szenet, hidrogént és oxigént tartalmaznak. A kutatóknak azonban nem sikerült ezt a molekulát előállítani az űrbeli körülményeket szimuláló laboratórium kísérletekben, ami nyitva hagyta a kialakulásukról szóló kérdést.
A metoxihoz más módon is eljuthatunk, méghozzá egy hidroxilgyök metanol gázzal keverésével. Az elemek jelen vannak ugyan az űrben, ehhez a reakcióhoz azonban le kell küzdeni egy jelentős energia akadályt, amihez ugyancsak kevés az űr hideg közegéből beszerezhető energia.
Heard és munkatársai kíváncsiak voltak, vajon megtalálhatják-e a választ a kvantum mechanikában, a kvantum alagút-effektus elnevezésű jelenség, melynek lényege, hogy egy részecske bizonyos valószínűséggel képes áthatolni egy olyan fékező erőtéren, melynek leküzdéséhez a klasszikus fizika szerint nincs elegendő energiája ugyanis elvileg adhat némi esélyt a hidroxilgyöknek, hogy átvágja magát ezen az akadályon. Ezen felbuzdulva a kutatócsoport egy újabb kísérletben 63 Kelvin fokra hűtött gáznemű hidroxilt és metanolt, melyben a metoxi létrejött.
Az elv szerint az alacsony hőmérsékleten a molekulák lelassulnak, megnövelve az alagutazás valószínűségét. "Normál hőmérsékleten csupán lepattannak egymásról, de amikor lecsökkentjük a hőfokot elég hosszan elszórakoznak egymással" - mondta Heard.
A csapat azt is megfigyelte, hogy a reakció ötvenszer gyorsabban megy végbe a kvantumalagutazással, mint hagyományosan szobahőmérsékleten. Az űr sokkal hidegebb a kutatók által előidézett 63 Kelvinnél, azonban a csillagok közelében található porfelhők elérhetik ezt a hőmérsékletet, tette hozzá Heard. "Bemutattuk, hogy léteznek szerves kémiai reakciók ott, ahol nem is feltételeztük" - összegzett Heard.Ez azt jelenti, hogy a világűr kémiája gazdagabb lehet, mint azt eddig képzeltük. Mindazonáltal, csak azért mert ezek a molekulák létrejöhetnek az űrben, nem jelenti azt, hogy a Földön megtalálható megfelelőik is űrbeli eredettel rendelkeznek. "Ezzel kapcsolatban még nem törhetünk pálcát" - kommentálta az eredményeket Helen Fraser a Strathclyde Egyetem kutatója, aki nem vett részt a tanulmányban.