Fingeraftryk af molekyler i rummet

Fysikere ved universitetet i Innsbruck er på jagt efter nitrogenholdige molekyler i rummet. Ved hjælp af terahertz spektroskopi, de målte direkte to spektrallinjer for et bestemt molekyle for første gang. De opdagede frekvenser er karakteristiske for amidionen, et negativt ladet nitrogenmolekyle. Med spektrallinjerne nu bestemt, forskere kan søge efter denne art i rummet.

I 2014, astrofysikere opdagede en spektral linje i observationsdata fra Herschel -rumteleskopet og foreløbigt tildelte det til amidionen. Det ville have været det første bevis på eksistensen af ​​dette molekyle i rummet. Fysikere inden for gruppen af ​​Roland Wester fra Institute of Ion Physics and Applied Physics ved University of Innsbruck har nu vist, at denne antagelse er forkert.

Karakteristiske frekvenser

Udover stjerner, galakser er befolket af områder, der indeholder gigantiske støv- og gasskyer. Sådanne regioner, udgør det interstellare medium (ISM), fungere som fødested for nye stjerner, der dannes, når skyerne falder sammen under deres egen tyngdekraft og når tilstrækkelige tætheder til, at fusionsreaktioner kan forekomme. For bedre at forstå disse processer, det er vigtigt at kende nøjagtigt den kemiske sammensætning af ISM, som oftest bestemmes via frekvenserne (spektrale linjer) målt af radioteleskoper.

I tilfælde af amidionen, holdet ledet af Roland Wester har for første gang målt to hidtil ukendte frekvenser i laboratoriet. Den vedtagne metode, kendt som terahertz spektroskopi, har gjort det muligt at bestemme linjerne hundrede gange mere nøjagtigt, end det tidligere var muligt. "I denne teknik, bølgelængder mellem mikrobølger og infrarødt lys anvendes, "forklarer fysikeren." Dette gør det muligt at studere rotation af meget små molekyler. For større molekyler, vibrationer af hele molekylære grupper kan bestemmes."

I et projekt finansieret af European Research Council ERC, gruppen af ​​Roland Wester har udviklet en metode, hvorved molekyler indeholdt i ionfælder ophidses med terahertz -stråling. "Amidionen består af et nitrogenatom og to hydrogenatomer, ligner vand og opfører sig meget ens med hensyn til kvantemekanik, "siger Olga Lakhmanskaya fra Roland Westers hold." For første gang, vi målte direkte den elementære excitation af rotation af dette molekyle. "Beviset kom også takket være et tæt samarbejde med teoretikeren Viatcheslav Kokoouline fra University of Central Florida, som var gæsteprofessor ved universitetet i Innsbruck i et semester.

Foreløbig opgave modbevist

Fysikerne fra Innsbruck har nu været i stand til at vise, at den tidligere målte spektrallinje ikke kan produceres af amidioner ved sammenligning med de data, der er opnået fra Herschel-rumteleskopet. "Vi kunne vise, med vores målinger, at denne foreløbige opgave ikke er korrekt, "understreger Roland Wester. I universet kan man finde forskellige nitrogenmolekyler som ammoniak, men, ifølge Innsbruck -eksperimenterne, det er stadig vist, at amidionen også er til stede. Den anden spektrallinje bestemt af fysikerne kunne imidlertid hjælpe med at søge efter denne art i rummet. "Vi håber, at i fremtiden med nye teleskoper, denne linje kan observeres, hvilket fører til dens påvisning i rummet. "Westers team ønsker nu at anvende den nye metode på molekyler med fire eller fem atomer, hvor vibrationer og rotationer er meget mere komplekse end med det triatomiske amid.