Forskere til at skabe galaktiske byggesten til at studere rummet mellem stjerner

Forskere planlægger at syntetisere en klasse af kemiske forbindelser for at afgøre, om de er en vigtig byggesten til fremstilling af galakser.

Holdet fra Imperial College London har modtaget startfinansiering fra Institute of Molecular Science and Engineering (IMSE) for at komme videre med et nyt projekt. Målet er at bruge syntetisk kemi til at fremstille adskillige aza-polycykliske aromatiske kulbrinter (aza-PAH'er), som foreslås at indgå i det interstellare medium. Målforbindelserne er meget sjældne på Jorden og kan indeholde nøglen til at forstå mere om stjernernes fødsel, og dannelsen af ​​solsystemer og galakser.

Professor Mark Sephton, Leder af Institut for geovidenskab og teknik, sammen med Dr Wren Montgomery, også fra afdelingen, slår sig sammen med Dr Matthew Fuchter, fra Imperials Institut for Kemi. Denne gruppe er en af ​​de første, sammen med seks andre nye forskningsprojekter, der modtager støtte fra IMSE's proof-of-concept seed funding-initiativ.

Colin Smith fangede Drs. Montgomery og Fuchter for at lære mere om aza-PAH'er og hvad syntese af dem i laboratoriet kunne betyde for vores forståelse af universet.

Dr Wren Montgomery, Institut for geovidenskab og teknik

Hvad er aza-PAH'er?

Disse består af ringe af kulstofatomer sammen med nogle få nitrogenatomer. Forskere klassificerer dem som enten "mindre" eller "større" afhængigt af antallet af kulstofringe, de indeholder.

Hvor findes de?

På jorden, mindre aza-PAH'er (to til tre ringe) er forurenende stoffer forbundet med asfalt og tjære.

Ude i det bredere univers, større aza-PAH'er (syv ringe eller flere) menes at være en vigtig del af det interstellare medium (ISM). Dette er den sag, der findes i rummet mellem stjernesystemer i galakser. Dette stof omfatter gas i ionisk, atomar, og molekylære former, samt støv og kosmiske stråler. Det fylder det interstellare rum og blander sig glat ind i det omgivende intergalaktiske rum.

Forskere mener, at større aza-PAH'er er vigtige ingredienser i ISM, men det har ikke tidligere været muligt at få nok rene prøver af disse på Jorden til at tage målinger i et laboratorium for at afgøre, om denne hypotese er korrekt.

Hvordan vil denne startfinansiering hjælpe os med at lære mere om dem?

Vi planlægger at skabe syntetiske aza-PAH'er i laboratoriet og studere dem ved hjælp af en enhed kaldet Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), som bruger lys i det infrarøde spektrum til at studere molekyler i detaljer.

I øjeblikket, astronomer bruger infrarøde instrumenter til at studere ISM. Vi planlægger at lave en direkte sammenligning mellem vores syntetiserede prøver og den faktiske ISM. Dette vil hjælpe os med at afsløre naturen og fordelingen af ​​de organiske byggesten i kosmos og dets planetsystemer.

Vi planlægger også at studere aza-PAH'er i højtryksmiljøer. Dette vil hjælpe os til at forstå, hvordan de ændres eller muligvis ødelægges af processerne med stjerner og planeter, der dannes.

Hvis du med succes skaber aza-PAH'er i laboratoriet, hvad kunne det fortælle os om universet?

For det første, at have en prøve kan verificere de eksisterende modeller udviklet af forskere og fortælle os, om aza-PAH'er er til stede i ISM.

Hvis de er til stede, så vil deres adfærd under højtryk fortælle os noget om, hvad der sker med dem, når molekylskyen kondenserer og danner planeter. De er meget få på jorden i dag, så måske kan vores arbejde kaste lys over, hvor de er blevet af.

Hvad er nogle af udfordringerne ved dette projekt?

Denne klasse af kemiske forbindelser vil være meget vanskelige at "fremstille" i laboratoriet. Vi vil dække ny jord i forhold til, hvordan vi arbejder med Mark Fuchter i Imperials afdeling for kemi. En af de store udfordringer for os bliver at finde en måde, hvorpå vores to forskellige videnskaber kan "tale" med hinanden, så vi kan nå vores mål. Det bliver en meget spændende og kreativ proces.

Dr Matthew Fuchter, Institut for Kemi

Hvilke unikke kvaliteter vil du bringe til dette projekt?

Min gruppe har ekspertise inden for syntetisk kemi:evnen til at bygge mere komplekse molekyler ud fra simple forstadier.

I særdeleshed, vi har udviklet metoder til at konstruere polycykliske aromatiske forbindelser - en vigtig målmolekylær klasse for vores forskning - og har derfor den rigtige baggrund til at prøve at konstruere de målmolekyler, der er nødvendige for dette projekt.

Hvorfor er denne seed-finansiering vigtig?

Disse målmolekyler er aldrig blevet fremstillet i tilstrækkelige mængder til fuldt ud at blive karakteriseret af videnskabsmænd, så deres syntese og undersøgelse ville være en verdensnyhed.

Er der andre applikationer til denne forskning?

Ud over de specifikke mål med dette projekt, de kemiske forbindelser burde have andre interessante anvendelser. For eksempel, de kunne bruges til konstruktion af organiske elektroniske enheder. Et centralt eksempel på den nuværende organiske elektroniske teknologi er de lysemitterende dioder, som i øjeblikket bruges i smartphone-skærme.

Min gruppe, sammen med samarbejdspartnere i Imperials Institut for Fysik, har et igangværende forskningsprogram, som vedrører brugen af ​​nye kondenserede aromatiske molekyler i nye anordninger og materialer. Derfor, dette projekt kunne desuden skabe andre nye forskningsretninger for mine samarbejdspartnere og mig.

Hvad er fordelene ved at være på linje med IMSE?

Et af IMSEs hovedmål er at fremme nye samarbejder på tværs af alle fire fakulteter på Imperial omkring ambitiøse store udfordringsprojekter. Gennem deres startfinansieringsordning, Mærke, Wren og jeg har etableret et nyt samarbejde mellem afdelinger med komplementære styrker til at arbejde på et spændende, integreret nyt projektområde.