Evrenin en sert koşullarında bile parçalanmayan organik moleküller, enerji boşaltımında ışığı kullanarak yapısını koruyor.
James Webb Uzay Teleskobu (JWST), evrenin derinliklerine şimdiye dek elde edilen en yüksek netlikte bakmamızı sağlıyor. Yüksek çözünürlüklü gözlemler sayesinde bilim insanları, uzayın zorlu koşullarına rağmen varlığını sürdürebilen organik molekülleri ve nasıl yapılarını koruyabildiklerini ortaya çıkarmaya başladı. Yeni bir araştırma, bu moleküllerin “tekrarlayan floresans” (recurrent fluorescence) adı verilen bir yöntemle enerji kaybederek parçalanmaktan kurtulduğunu gösterdi.
Uzayda yaygın olarak bulunan organik moleküllerden biri de PAH’lar, yani “polisiklik aromatik hidrokarbonlar”. Bunlar karbon ve hidrojen atomlarından oluşan halkasal yapılar taşıyan bileşikler olarak tanımlanıyor. Özellikle yıldızlararası bulutlarda, yani yıldızların doğduğu karanlık ve soğuk bölgelerde bol miktarda bulunuyor. Ancak bu bölgeler, yoğun morötesi (UV) ışınlar ve kozmik ışınlar gibi oldukça yüksek enerjili radyasyonlarla dolu. Bu tür enerji alanları normalde molekülleri parçalayarak yok ediyor. Buna rağmen PAH’ların büyük kısmı zarar görmeden varlığını sürdürüyor.
Enerjiyi yok etmek yerine ışıkla atmak
İsveç, Almanya ve Fransa’dan bilim insanlarının yaptığı yeni çalışmaya göre, PAH’lar yok olmak yerine gelen enerjiyi “tekrarlayan floresans” yoluyla uzaklaştırıyor. Bu mekanizma, molekülün aldığı enerjiyi bir tür ışık (foton) yayarak boşaltması anlamına geliyor. Üstelik bunu sadece bir defa değil, tekrar tekrar yapabiliyorlar.
Normalde bir molekül yüksek enerjili bir parçacıkla çarpıştığında ısınır ve içindeki bağlar kırılabilir. Ancak PAH molekülleri, özellikle de “kapalı kabuklu” (elektron çiftlerini tamamlamış, daha kararlı yapılar) olanlar, bu enerjiyi floresans ve kızılötesi ışık yayımıyla soğutabiliyor. Araştırmada özel olarak incelenen indenil katyonu (C₉H₇⁺) isimli molekül, uzayda rastlanan bu kapalı kabuklu PAH örneklerinden biri.
Stockholm’deki DESIREE adlı deney düzeneğinde bilim insanları bu molekülü alarak çok düşük sıcaklık ve basınçta uzun süre tuttular. İyonlar içeriden ısıtılarak uzaydaki enerjik çarpışmalar taklit edildi. Ardından bilim insanları moleküllerin parçalanıp parçalanmadığını ya da enerji yayarak soğuyup soğumadığını izledi.
Veriler, indenil katyonunun yaklaşık 5,85 eV gibi yüksek titreşim enerjilerine sahip olsa bile parçalanmadığını, bunun yerine büyük oranda tekrarlayan floresans yoluyla enerji kaybettiğini gösterdi. Bu değer, molekülün parçalanma eşiğinin bile üzerinde. Ancak RF (tekrarlayan floresans) sayesinde bu moleküller parçalanmadan kalabiliyor.
Araştırmacılar bu bulgunun, PAH’ların uzayda neden bu kadar bol bulunduğunu açıklayabileceğini belirtiyor. Çünkü önceki modeller bu moleküllerin bu kadar uzun süre yapılarını koruyabileceğini öngörmüyordu. Artık modeller güncellenerek RF mekanizması da hesaba katılacak.
PAH’lar, yıldızlararası toz içinde karbonun yüzde 10 ila yüzde 25’ini barındırarak evrende yaşamın yapı taşı olan karbonun önemli bir rezervini oluşturuyor. Bu nedenle, onların uzaydaki dayanıklılığı sadece kimyasal bir merak konusu değil, aynı zamanda yaşamın evrendeki izlerini anlama yolunda da kritik bir bilgi sunuyor.
Bu araştırma, organik moleküllerin uzaydaki varlığını ve evrimini anlamada büyük bir adım olarak görülüyor. JWST’nin sağladığı veriyle birleşen bu tür laboratuvar çalışmaları, önümüzdeki yıllarda astrobiyoloji ve kozmik kimya alanında çığır açabilir.
Kaynak: Physical Review Letters
