Os cientistas usaram experimentos de laboratório para reconstituir as etapas químicas que levam à criação de hidrocarbonetos complexos no espaço, mostrando caminhos para a formação de nanoestruturas à base de carbono 2-D em uma mistura de gases aquecidos.

O último estudo, que apresentou experimentos no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), poderia ajudar a explicar a presença de pireno, que é um composto químico conhecido como hidrocarboneto aromático policíclico, e compostos semelhantes em alguns meteoritos.

Uma equipe de cientistas, incluindo pesquisadores do Berkeley Lab e UC Berkeley, participou do estudo, publicado em 5 de março no Astronomia da Natureza Diário. O estudo foi conduzido por cientistas da Universidade do Havaí em Manoa e também envolveu químicos teóricos da Florida International University.

"É assim que acreditamos que algumas das primeiras estruturas baseadas em carbono evoluíram no universo, "disse Musahid Ahmed, um cientista da Divisão de Ciências Químicas do Berkeley Lab que se juntou a outros membros da equipe para realizar experimentos na Fonte de Luz Avançada (ALS) do Berkeley Lab.

"Partindo de gases simples, você pode gerar estruturas unidimensionais e bidimensionais, e o pireno pode levar você ao grafeno 2-D, "Ahmed disse." De lá, você pode ir para o grafite, e começa a evolução de uma química mais complexa. "

O pireno tem uma estrutura molecular composta por 16 átomos de carbono e 10 átomos de hidrogênio. Os pesquisadores descobriram que os mesmos processos químicos aquecidos que dão origem à formação de pireno também são relevantes para os processos de combustão em motores de veículos, por exemplo, e a formação de partículas de fuligem.

O último estudo baseia-se em trabalhos anteriores que analisaram hidrocarbonetos com anéis moleculares menores que também foram observados no espaço, inclusive na lua de Saturno, Titã - ou seja, benzeno e naftaleno.

Ralf I. Kaiser, um dos principais autores do estudo e professor de química na Universidade do Havaí em Manoa, disse, "Quando esses hidrocarbonetos foram vistos pela primeira vez no espaço, as pessoas ficaram muito animadas. Havia a questão de como eles se formaram. "Foram formados puramente por meio de reações em uma mistura de gases, ou se formaram em uma superfície aquosa, por exemplo?

Ahmed disse que há uma interação entre astrônomos e químicos neste trabalho de detetive que busca recontar a história de como os precursores químicos da vida se formaram no universo.

"Nós conversamos muito com astrônomos porque queremos sua ajuda para descobrir o que está lá fora, "Ahmed disse, "e nos informa para pensarmos como ele chegou lá."

Kaiser observou que os físicos químicos, por outro lado, pode ajudar a esclarecer os mecanismos de reação que podem levar à síntese de moléculas específicas no espaço.

O pireno pertence a uma família conhecida como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, ou PAHs, que são estimados em cerca de 20 por cento de todo o carbono em nossa galáxia. Os PAHs são moléculas orgânicas compostas por uma sequência de anéis moleculares fundidos. Para explorar como esses anéis se desenvolvem no espaço, os cientistas trabalham para sintetizar essas moléculas e outras moléculas vizinhas que existem no espaço.

Alexander M. Mebel, um professor de química da Florida International University que participou do estudo, disse, "Você os constrói um anel de cada vez, e temos tornado esses anéis cada vez maiores. Esta é uma maneira muito reducionista de olhar para as origens da vida:um bloco de construção de cada vez. "

Para este estudo, pesquisadores exploraram as reações químicas decorrentes de uma combinação de um hidrocarboneto complexo conhecido como radical 4-fenantrenil, que tem uma estrutura molecular que inclui uma sequência de três anéis e contém um total de 14 átomos de carbono e nove átomos de hidrogênio, com acetileno (dois átomos de carbono e dois átomos de hidrogênio).

Os compostos químicos necessários para o estudo não estavam disponíveis comercialmente, disse Felix Fischer, um professor assistente de química na UC Berkeley que também contribuiu para o estudo, então seu laboratório preparou as amostras. "Esses produtos químicos são muito tediosos de sintetizar em laboratório, " ele disse.

No ALS, os pesquisadores injetaram a mistura de gás em um microrreator que aqueceu a amostra a uma alta temperatura para simular a proximidade de uma estrela. O ALS gera feixes de luz, de infravermelho a comprimentos de onda de raios-X, para apoiar uma série de experimentos científicos por meio de pesquisadores visitantes e internos.

A mistura de gases foi lançada para fora do microrreator através de um minúsculo bico em velocidades supersônicas, prender a química ativa dentro da célula aquecida. A equipe de pesquisa então focou um feixe de luz ultravioleta de vácuo do síncrotron na mistura de gás aquecida que expulsou os elétrons (um efeito conhecido como ionização).

Eles então analisaram a química que ocorria usando um detector de partículas carregadas que mediu os tempos variados de chegada das partículas que se formaram após a ionização. Esses tempos de chegada traziam as assinaturas reveladoras das moléculas-mãe. Essas medidas experimentais, juntamente com os cálculos teóricos de Mebel, ajudou os pesquisadores a ver as etapas intermediárias da química em jogo e a confirmar a produção de pireno nas reações.

O trabalho de Mebel mostrou como o pireno (uma estrutura molecular de quatro anéis) pode se desenvolver a partir de um composto conhecido como fenantreno (uma estrutura de três anéis). Esses cálculos teóricos podem ser úteis para estudar uma variedade de fenômenos, "desde chamas de combustão na Terra até vazamentos de estrelas de carbono e o meio interestelar, "Mebel disse.

Kaiser acrescentou, "Estudos futuros podem estudar como criar cadeias ainda maiores de moléculas em anel usando a mesma técnica, e explorar como formar o grafeno a partir da química do pireno. "

Outros experimentos conduzidos por membros da equipe da Universidade do Havaí irão explorar o que acontece quando os pesquisadores misturam gases de hidrocarbonetos em condições geladas e simulam a radiação cósmica para ver se isso pode desencadear a criação de moléculas portadoras de vida.

"Isso é o suficiente para um gatilho?" Disse Ahmed. "Tem que haver alguma auto-organização e automontagem envolvidas" para criar formas de vida. "A grande questão é se isso é algo que, inerentemente, as leis da física permitem. "