في السحب الجزيئية بين النجوم، يمكن أن تتشكل جزيئات كبيرة على الرغم من الظروف غير المثالية السائدة هناك
في بداية القرن العشرين، شكك العديد من الباحثين في فكرة وجود جزيئات معقدة في الفجوة الموجودة في الفضاء، في المنتصف بين النجوم والكواكب. ولكن مع التقدم في أساليب البحث الفلكي، تم العثور على جزيئات في مناطق مختلفة من الفضاء، مثل سلاسل الكربون، والجزيئات العضوية المعقدة، والفوليرين، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات. وقد تم اكتشاف هذه الجزيئات في مناطق وأوضاع تبدو غير مناسبة لتكوين الروابط الكيميائية وبقائها.
ما هو السؤال؟ ما هي الجزيئات التي تتشكل في السحب في الفضاء؟
أحد الأماكن التي تم اكتشاف الجزيئات فيها في الفضاء هي السحب الجزيئية - وهي مناطق بين النجوم تتشكل عندما يكون هناك تركيز عالٍ من المادة بين النجوم (الهيدروجين والهيليوم بشكل أساسي) في منطقة واحدة. وبفضل قوة الجاذبية القوية التي تنشأ فيها، تجذب هذه السحب المزيد والمزيد من المواد إليها، حتى تصبح نجومًا (شموسًا) تقوم بالعمليات النووية. توجد السحب بأحجام مختلفة وتسمح كثافتها وحجمها بتكوين العديد من الجزيئات فيها. أحد الجزيئات العطرية التي تم اكتشافها مؤخرًا في السحابة الجزيئية، والذي كان اكتشافًا خارقًا، هو البنزونيتريل؛ وهو جزيء عضوي معقد يحتوي على كربونات مرتبطة بحلقة.
وبحسب الدكتورة تمار شتاين، عالمة الكيمياء النظرية والباحثة في مجال الكيمياء الفلكية من كلية الرياضيات والعلوم الطبيعية في الجامعة العبرية، "مع التقدم التكنولوجي، نتعلم مدى غنى عالمنا بالجزيئات. ومع ذلك، ما زلنا لا نعرف الكثير عن آليات تكوينها في مناطق معينة من الفضاء الخارجي، على سبيل المثال في السحب الجزيئية - المكان الذي تولد فيه النجوم. فهي تحتوي على مجموعة متنوعة من الجزيئات الكبيرة والمعقدة، وككيميائي أنا مهتم بمعرفة كيفية تشكلها."
محاكاة الكتلة بعد التأين: بعد التأين، تم تشكيل جزيء يحتوي على النيتروجين داخل الحلقة.
ولمعرفة كيفية تشكل الجزيئات في ظروف الفضاء الخارجي، والتنبؤ بخصائصها وسلوكها والتفاعلات بينها، تقوم الدكتورة ستاين وفريقها بإجراء حسابات كمية معقدة (مثل معادلة شرودنغر - المعادلة الأساسية لحركة الأجسام) الأنظمة الفيزيائية، والتي تصف كيفية تغير حالتها الكمومية مع مرور الوقت). وذلك لأن نظرية الكم تصف سلوك الجسيمات الأولية، بما في ذلك الإلكترونات، الموجودة في الجزيئات وتحدد خصائصها وسلوكها. ووفقا لها، "نحن نمثل البنية الإلكترونية للجزيئات، وهذا يعني أننا نفك رموز سلوك الإلكترونات، وبالتالي يمكننا التنبؤ بخصائص وسلوك الجزيئات. نحن نبحث عن حلول تصف الحالة الجزيئية بمستوى عالٍ من الدقة في وقت حسابي قصير. ونظرًا لأن هذه الحسابات معقدة، فإننا نستخدم طرقًا تقريبية - وهو حل وسط بين وقت الحساب والدقة."
أراد الباحثون التحقق من إمكانية تشكل الجزيئات العضوية المعقدة في السحب الجزيئية، حيث تكون الكثافة ودرجات الحرارة منخفضة، وهي ظروف ليست مثالية لهذا التفاعل الكيميائي.
في دراستهم الأخيرة، أراد الباحثون التحقق من إمكانية تشكل الجزيئات العضوية المعقدة في السحب الجزيئية، حيث تكون الكثافة ودرجات الحرارة منخفضة - وهي ظروف ليست مثالية للتفاعل الكيميائي والتي تختلف تمامًا عن تلك الموجودة على الارض. ولتحقيق هذه الغاية، أجروا العديد من عمليات المحاكاة، مثل محاكاة الجزيئات البسيطة التي يمكن أن تكون لبنات بناء لجزيئات أكبر وأكثر تعقيدًا، والتي من المعروف أنها موجودة في السحب الجزيئية. وكانت نقطة البداية للباحثين هي أن الجزيئات البسيطة مرتبة في كتلة. وقاموا بنزع إلكترون منه عن طريق التفاعل مع الإشعاعات المؤينة، وفحصوا ما يحدث لها في زمن قصير جداً (10-12 ثواني). ونتيجة لنزع الإلكترون اختل توازن الجزيئات الموجودة في الكتلة، وبدأت في التحرك وتشكل بينها رابطة كيميائية أدت إلى تكوين جزيئات جديدة أكثر تعقيدا وأكبر حجما.
"لقد رأينا أن التأين يؤدي إلى رابطة كيميائية، ترابط، بين عدة جزيئات في الكتلة، وبالتالي أصبحت أكبر وأكثر تعقيدا. ويبدو أن تفاعلاً كيميائياً آخر يؤدي إلى نمو بنية الجزيئات. لكن في حالة الكثافة ودرجات الحرارة المنخفضة، كما هو الحال في السحب الجزيئية، تكون فرصة الالتقاء ببعضها البعض ضئيلة. الآن اكتشفنا أن التأين والوجود في كتلة يمنح الجزيئات الكثير من الطاقة اللازمة للتغير الكيميائي، وللتغلب على الكثافة ودرجات الحرارة المنخفضة، ويخرجها من التوازن، وهكذا تتشكل الجزيئات العضوية المعقدة. بمعنى آخر، ربما اكتشفنا آلية جديدة تحدث في الفضاء"، يخلص الدكتور شتاين.
الحياة نفسها:
الدكتورة تمار شتاين، 40 عامًا، أم لطفلين (12، 5 أعوام)، تسكن في مباشرة صهيون وتكرس وقت فراغها لأطفالها.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
