Μεγάλη αστροχημική ανακάλυψη. Τεράστια οργανικά μόρια βρέθηκαν κυριολεκτικά στη μέση του πουθενά!

Νίκος Χαραλαμπάκης

Ερευνητές από τις Η.Π.Α. ανακάλυψαν στο μεσοαστρικό χάος με συνδυασμό τεχνικών από τις επιστήμες της αστρονομίας, της χημείας, της φυσικής και της πληροφορικής μεγάλες ποσότητες κυανοκορονενίου. Πρόκειται για ένα μεγάλο και πολύπλοκο αρωματικό¹ μόριο που μέχρι λίγα χρόνια πριν, θεωρούνταν απίθανο να υπάρχει στις συνθήκες που βρέθηκε

Χρώμα ατόμων: Μαύρο: άνθρακας, άσπρο: υδρογόνο, μπλε: άζωτο

Την 1^η Μαΐου του 2025 διεπιστημονική ομάδα² από τις ΗΠΑ και τον Καναδά δημοσίευσε στο The Astrophysical Journal Letters³ τα αποτελέσματα του ερευνητικού προγράμματος GOTHAM⁴.  Σε μια σκοτεινή περιοχή του σύμπαντος, στον αστερισμό του Ταύρου, γνωστή στους αστρονόμους ως TMC-1, πλούσια σε οργανικά μόρια, οι ερευνητές ανακάλυψαν μεγάλες ποσότητες κυανοκορονενίου. Το εκπληκτικό δεν είναι απλώς ότι το μόριο αυτό είναι πολύ μεγαλύτερο από όσα είχαν ως τώρα ανακαλυφθεί αλλά ότι η θερμοκρασία στην περιοχή που βρέθηκε αγγίζει τους 6 βαθμούς Kelvin, δηλαδή τους -267 ^οC! Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι μικρά οργανικά μόρια συντίθενται σε ακραίες συνθήκες σε διαστρικές περιοχές, δηλαδή περιοχές μεταξύ των άστρων αλλά η σύνθεση τόσο μεγάλων οργανικών μορίων σε θερμοκρασία 6 μόλις βαθμών πάνω από τη θερμοκρασία του απολύτου μηδενός⁵ είναι κάτι που μέχρι πρότινος φάνταζε αδύνατον! Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι πολυκυκλικοί υδρογονάνθρακες ξεπερνούν το 10% του διαστρικού άνθρακα, ποσοστό που αναδεικνύει την μεγάλη σημασία τους στον συμπαντικό κύκλο του άνθρακα⁶.

Πώς έφτασαν στην ανακάλυψη;

     Αρχικά συνέθεσαν την ένωση στο εργαστήριο και κατέγραψαν το φάσμα της σε συχνότητες μικροκυμάτων ( τεχνική NMR⁷ ). Κάθε χημική ένωση απορροφά και εκπέμπει σε συγκεκριμένες συχνότητες αφήνοντας το ξεχωριστό της «αποτύπωμα». Ύστερα έστρεψαν το ραδιοτηλεσκόπιο Green Bank (Η.Π.Α.) στην περιοχή TMC-1 όπου ήδη γνώριζαν πως είναι πλούσια σε μικρά οργανικά μόρια και εντόπισαν τα ίδια «δακτυλικά αποτυπώματα». Μέσω στατιστικών αναλύσεων η ανίχνευση έφτασε τα 17,3σ⁸, αποτέλεσμα που επιβεβαιώνει απόλυτα την ύπαρξη του μορίου. Μάλιστα οι επιστήμονες προχώρησαν και στην επαλήθευση των αποτελεσμάτων της έρευνάς τους. Μέσω υπολογιστικών μοντέλων κβαντοχημείας, διαπίστωσαν ότι το κορονένιο αντιδρά με ρίζες κυανίου σχηματίζοντας το κυανοκορονένιο σε θερμοκρασία μόλις 10 Κ! Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια ενεργοποίησης⁹ της αντίδρασης αυτής είναι ουσιαστικά ανύπαρκτη!

     Πρόκειται λοιπόν για μια ανακάλυψη που γκρεμίζει τα σύνορα της φαντασίας, όχι του ανθρώπου αλλά της συμπαντικής δημιουργίας! Αν τέτοια μεγάλα οργανικά μόρια, πρόδρομοι των μορίων της ζωής, συντίθενται σε τόσο ακραία χαμηλές θερμοκρασίες, στις πιο σκοτεινές περιοχές του σύμπαντος και σε τόσο μεγάλες ποσότητες, ποιος ξέρει τι άλλο έχουμε να ανακαλύψουμε για το σύμπαν, την χημεία αλλά και την ίδια τη δημιουργία της ζωής;

ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ

1. Αρωματικές ενώσεις στην οργανική χημεία δεν είναι αυτές που έχουν άρωμα αλλά αυτές που στο μόριό τους έχουν έναν τουλάχιστον αρωματικό (βενζολικό) δακτύλιο. Ο δακτύλιος αυτός, το βενζόλιο (C₆H₆), έχει τη γνωστή μυρωδιά της βενζίνης, όμως όσες ενώσεις έχουν τέτοιους δακτυλίους (αρωματικές) δεν έχουν απαραίτητα άρωμα. To κυανοκορονένιο όπως φαίνεται στην εικόνα έχει 7 δακτυλίους.
2. Επικεφαλής της ομάδας είναι ο χημικός Γκάμπι Βένζελ (Gabi Wenzel), Department of Chemistry, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA; gwenzel@mit.edu, brettmc@mit.edu 2 Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, MA 02138, USA, οι χημικοί  Siyuan Gong , Ci Xue, ο φυσικός P. Bryan Changala,  JILA, University of Colorado Boulder and National Institute of Standards and Technology, Boulder, CO 80309, USA 4 Department of Physics, University of Colorado Boulder, Boulder, CO 80309, USA, o αστρονόμος Edwin A. Bergin, Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA, ο χημικός, ο χημικός Reace H. J. Willis, Department of Chemistry, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada και άλλοι.
3. The Astrophysical Journal Letters, 2025, Discovery of the Seven-ring Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Cyanocoronene (C₂₄H₁₁CN) in GOTHAM Observations of TMC-1. Ανακτήθηκε από: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adc911
4. Η έρευνα λέγεται “GBT Observations of TMC-1: Hunting Aromatic Molecules”, γνωστή και ως GOTHAM. (πηγή: National Radio Astronomy Observatory). Προφανώς οι ερευνητές επέλεξαν το όνομα GOTHAM επειδή θυμίζει “κυνήγι” (hunting) και σκοτεινό νέφος (το TMC-1 όπως αναφέρθηκε είναι σκοτεινό μοριακό νέφος).
5. Σύμφωνα με την κλασσική μηχανική, στην θερμοκρασία του απολύτου μηδενός που ισούται με -273,15 ^οC, τα άτομα παύουν να κινούνται. Η κβαντομηχανική βέβαια απορρίπτει την υπόθεση αυτή.
6. Ο άνθρακας είναι το στοιχείο στο οποίο βασίζεται το φαινόμενο της ζωής, τουλάχιστον στον πλανήτη μας.
7. NMR = Nuclear Magnetic Resonance = Μαγνητικός Πυρηνικός Συντονισμός.
8. Το “σ” (σίγμα) αναφέρεται στην τυπική απόκλιση (standard deviation). Σε μια κανονική κατανομή εντός 1σ εμπίπτει περίπου το 68% των δεδομένων και εντός 3σ εμπίπτει περίπου το 99,7% των δεδομένων. Στα 5σ, η πιθανότητα τυχαίου λάθους είναι περίπου 1 στα 3,5 εκατομμύρια!
9. Ενέργεια ενεργοποίησης είναι το ενεργειακό φράγμα που πρέπει να ξεπεράσει ένα χημικό σύστημα ώστε να πραγματοποιηθεί η χημική αντίδραση. Ακόμη και οι ευκολότερες αντιδράσεις χρειάζονται να ξεπεράσουν το φράγμα αυτό προκειμένου να πραγματοποιηθούν. Για παράδειγμα η βενζίνη αντιδρά πολύ εύκολα με το οξυγόνο. Αν αφήσουμε όμως ένα ανοιχτό δοχείο βενζίνης σε επαφή με τον αέρα (περιέχει 20% οξυγόνο) η αντίδραση δεν πραγματοποιείται. Με την βοήθεια μιας σπίθας ή με αύξηση της θερμοκρασίας η αντίδραση πραγματοποιείται ταχύτατα.