Lifes byggesten observeret i rumlignende omgivelser

Hvor stammer de molekyler, der kræves til livet? Det kan være, at små organiske molekyler først dukkede op på jorden og senere blev kombineret til større molekyler, såsom proteiner og kulhydrater. Men en anden mulighed er, at de stammer fra rummet, muligvis i vores solsystem. En ny undersøgelse, offentliggjort i denne uge i Journal of Chemical Physics , fra AIP Publishing, viser, at der kan dannes et antal små organiske molekyler ved forkølelse, rumlignende miljø fuld af stråling.

Efterforskere ved University of Sherbrooke i Canada har skabt simulerede rummiljøer, hvor tynde film af is, der indeholder metan og ilt, bestråles af elektronstråler. Når elektroner eller andre former for stråling påvirker såkaldte molekylære is, kemiske reaktioner opstår, og der dannes nye molekyler. Denne undersøgelse anvendte flere avancerede teknikker, herunder elektronstimuleret desorption (ESD), Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og temperaturprogrammeret desorption (TPD).

Forsøgene blev udført under vakuumforhold, som både er påkrævet til de anvendte analyseteknikker og efterligner det ydre rums høje vakuumtilstand. Frosne film indeholdende metan og ilt anvendt i disse forsøg efterligner yderligere et rumlignende miljø, da forskellige former for is (ikke kun frosset vand) dannes omkring støvkorn i de tætte og kolde molekylære skyer, der findes i det interstellare medium. Disse typer af iskolde miljøer findes også på objekter i solsystemet, såsom kometer, asteroider og måner.

Alle disse isnende overflader i rummet udsættes for flere former for stråling, ofte i nærvær af magnetfelter, som fremskynder ladede partikler fra stjernens (sol) vind mod disse frosne genstande. Tidligere undersøgelser undersøgte kemiske reaktioner, der kan opstå i rummiljøer ved brug af ultraviolet eller andre former for stråling, men dette er et første detaljeret kig på sekundære elektroners rolle.

Rigelige mængder sekundære elektroner dannes, når højenergistråling, såsom røntgenstråler eller tunge partikler, interagere med stof. Disse elektroner, også kendt som lavenergi-elektroner, eller LEES, er stadig energiske nok til at fremkalde yderligere kemi. Arbejdet rapporteret i denne uge undersøgte LEE'er, der interagerer med iskolde film. Tidligere undersøgelser af denne gruppe betragtede positivt ladede reaktionsprodukter skubbet ud af is bestrålet af LEE'er, mens arbejdet rapporterede i denne uge udvidede undersøgelsen til at omfatte udstødte negative ioner og nye molekyler, der dannes, men forbliver indlejret i filmen.

Forskningsgruppen fandt ud af, at en række små organiske molekyler blev produceret i iskolde film, der blev udsat for LEE'er. Propylen, ethan og acetylen blev alle dannet i film af frossen methan. Når en frossen blanding af metan og ilt blev bestrålet med LEE'er, de fandt direkte bevis på, at der blev dannet ethanol.

Indirekte beviser for mange andre små organiske molekyler, herunder methanol, eddikesyre og formaldehyd blev fundet. Ud over, både røntgenstråler og LEE'er gav lignende resultater, selvom det er forskelligt. Dermed, det er muligt, at livets byggesten kunne have været fremstillet gennem kemiske reaktioner induceret af sekundære elektroner på isnende overflader i rummet udsat for enhver form for ioniserende stråling.