p Dois astrônomos do Instituto Max Planck de Astronomia e da Universidade de Jena descobriram um novo método elegante para medir a energia de reações químicas simples, sob condições semelhantes às encontradas pelos átomos e moléculas no início do sistema solar. Seu método promete medições precisas de energias de reação que podem ser usadas para entender as reações químicas em condições espaciais - incluindo aquelas reações que foram responsáveis ​​pela criação de produtos químicos orgânicos como matéria-prima para o desenvolvimento da vida. p Para que a vida se forme, a natureza precisava de muitas matérias-primas na forma de moléculas orgânicas complexas. É provável que algumas dessas moléculas tenham se formado muito antes, no espaço, durante o nascimento do sistema solar. Estudos sistemáticos das reações químicas necessárias, que ocorrem nas superfícies escarpadas e convolutas dos grãos de poeira, foram e são prejudicados pela falta de dados. Quais reações elementares, envolvendo quais reagentes individuais são possíveis? Que temperatura é necessária para que uma reação ocorra? Quais moléculas são produzidas nessas reações? Agora, Thomas Henning, diretor do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA), e Sergiy Krasnokutskiy do Grupo de Astrofísica do Laboratório da MPIA na Universidade de Jena desenvolveram um método elegante para estudar essas reações elementares de superfície - usando minúsculas gotículas de hélio líquido.

p No início do sistema solar, muito antes da formação da Terra, reação química complexa ocorreu, criando quantidades substanciais de moléculas orgânicas. O laboratório cósmico para esses trabalhos de síntese química foi fornecido por grãos de poeira - aglomerados de principalmente silicatos e carbono, coberto com um manto de gelo, com gavinhas e ramificações complicadas e delicadas, e, com base nisso, com uma propriedade crucial:uma superfície comparativamente grande na qual as reações químicas podem ocorrer. Nos milhões de anos que se seguem, muitos desses grãos de poeira se agrupariam para formar estruturas cada vez maiores, Até que finalmente, planetas sólidos surgiram, orbitando o jovem sol.

p Criando os ingredientes crus para a vida

p Enquanto todos os compostos orgânicos sintetizados nas superfícies dos grãos seriam destruídos pelo calor inevitável durante a formação do planeta, algumas das moléculas permaneceram em espera, encapsulado em, ou agarrando-se à superfície de, grãos pequenos ou pedaços de rocha, bem como nos corpos gelados dos cometas. Por um relato da história da vida, uma vez que a superfície da Terra esfriou o suficiente para a formação de água líquida, eram esses grãos e pedras, atingindo a superfície da Terra na forma de meteoritos, alguns deles pousando em clima quente, pequena, lagoas, que forneceu a base química para a formação de vida em nosso planeta natal.

p A fim de compreender os primeiros experimentos químicos naturais em nosso universo, precisamos conhecer as propriedades das várias reações. Por exemplo, certas reações precisam de uma energia de ativação específica para acontecer? Qual é o produto final de uma determinada reação? Esses parâmetros determinam quais reações podem acontecer sob quais condições no início do sistema solar, e eles são essenciais para qualquer reconstrução realista da química do sistema solar inicial.

p Dados escassos sobre reações de superfície de baixa temperatura

p No entanto, dados precisos sobre essas reações são surpreendentemente escassos. Em vez de, uma parte substancial da pesquisa química é dedicada ao estudo de tais reações na fase gasosa, com os átomos e moléculas flutuando livremente, colidindo, e formar compostos. Mas as reações químicas cruciais no espaço, necessárias para formar moléculas orgânicas maiores, ocorrem em condições marcadamente diferentes - nas superfícies dos grãos de poeira. Isso muda até mesmo a física básica da situação:quando uma nova molécula é formada, a energia da formação da ligação química é armazenada na molécula recém-criada. Se essa energia não for repassada para o meio ambiente, a nova molécula será rapidamente destruída. Isso evita a formação de muitas espécies de na fase gasosa. Em uma superfície, ou em um meio, onde a energia pode ser prontamente absorvida pela matéria adicional presente, as condições para certos tipos de reações que constroem moléculas complexas, passo a passo, são muito mais favoráveis.

p Henning e Krasnokutskiy desenvolveram um método elegante para medir a energia de tais reações. Seus modelos de laboratórios cósmicos são gotículas de hélio em miniatura, alguns nanômetros de tamanho, à deriva em alto vácuo. Os reagentes - isto é, os átomos ou moléculas destinadas a participar da reação - são trazidos para a câmara de vácuo como gases, mas em quantidades tão diminutas que as gotículas de hélio têm uma probabilidade esmagadora de pegar uma única molécula de cada espécie necessária ou nenhuma, mas não mais. As gotículas de hélio atuam como um meio que, semelhante à superfície de um grão de poeira, pode absorver a energia da reação, permitindo que as reações ocorram em condições semelhantes às do início do sistema solar. Isso reproduz uma característica-chave da química de superfície relevante (embora outras propriedades, tais como propriedades catalíticas de uma superfície de poeira específica, não são modelados).

p Nanogotas como dispositivos de medição

p Além disso, os dois astrônomos usaram as nanogotas de hélio como dispositivos de medição de energia (calorímetros). À medida que a energia de reação é liberada na gota, alguns dos átomos de hélio evaporam de maneira previsível. A gota restante agora é menor do que antes - uma diferença de tamanho que pode ser medida usando dois métodos alternativos:um feixe de elétrons (uma gota maior é mais fácil de atingir do que uma menor!) Ou uma medição precisa da pressão na câmara de vácuo criado por gotículas de hélio atingindo a parede, onde gotas maiores produzem maior pressão. Ao calibrar seu método usando reações que foram estudadas em detalhes de antemão, e cujas propriedades são bem conhecidas, os dois astrônomos conseguiram aumentar a precisão do método consideravelmente. Contudo, o novo método fornece uma nova maneira elegante de investigar o caminho de formação de moléculas orgânicas complexas no espaço. Isso deve permitir que os pesquisadores sejam mais específicos sobre as matérias-primas com as quais a natureza teve de trabalhar no período que antecedeu o surgimento da vida na Terra. Mas tem mais:

p As primeiras medições usando a nova técnica confirmam uma tendência que já era visível em outros experimentos recentes:Em superfícies, em baixas temperaturas, átomos de carbono são surpreendentemente reativos. Os pesquisadores descobriram um número surpreendentemente alto - quase uma dúzia - de reações envolvendo átomos de carbono que não têm barreiras, isso é, que não requerem entrada de energia extra para prosseguir, e, portanto, pode ocorrer em temperaturas muito baixas. Evidentemente, a condensação do gás atômico em baixas temperaturas leva à formação de uma grande variedade de moléculas orgânicas. Mas essa grande variedade possível também significa que as moléculas de cada espécie específica serão muito raras.

p Esse, por sua vez, sugere que os astrônomos podem estar subestimando drasticamente a quantidade de moléculas orgânicas no espaço sideral. Quando se trata de estimar abundâncias, as observações astronômicas examinam as assinaturas de traços (linhas espectrais) de cada espécie molecular separadamente. Se houver muitas espécies diferentes de moléculas orgânicas por aí, cada espécie separada pode "voar sob o radar". Suas moléculas podem estar presentes apenas em quantidades mínimas para os astrônomos detectarem, e, além disso, mesmo as assinaturas reveladoras das moléculas (mais geralmente aquelas de grupos funcionais específicos comuns a diferentes tipos de moléculas) podem ser ligeiramente alteradas, fazendo com que a molécula evite a detecção. Mas somados, é possível que todas essas espécies separadas de moléculas juntas possam formar uma quantidade substancial de matéria no espaço sideral - um mundo espacial oculto de química orgânica.