Bilim İnsanları Uzaydaki Yaşamın Yapı Taşlarını Oluşturmayı Keşfetti

Fotoğraf: Piren moleküllerinin atomik yapısı (sol üst ve sağ üst), bir ressamın karbon atomları siyahla ve hidrojen atomları beyazla gösterilen bir asteroid kuşağı resminde temsil edilir. Yeni bir çalışma, bazı göktaşı örneklerinde bulunan bir tür hidrokarbon olan pirenin uzayda nasıl oluşabileceğine dair kimyasal adımlar gösteriyor.

Bilim insanları, uzayda karmaşık (kompleks) hidrokarbonların oluşumuna yol açan kimyasal adımların kaynağına inmek için laboratuvarda deneyler yaptılar. Deneyler sonucunda ısıtılmış gazların bir karışımında 2-D karbon bazlı nanoyapılar oluşturmanın yollarını açıkladılar.

Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki (Berkeley Laboratuvarı) deneyleri içeren bu son çalışma, polisiklik aromatik hidrokarbon olarak bilinen kimyasal bir bileşik olan pirenin ve bazı meteorlarda yer alan benzer bileşiklerin varlığını açıklamaya yardımcı olabileceği belirtildi.

5 Mart’ta Nature Astronomy dergisinde yayınlanan bu araştırmaya Berkeley Lab ve UC Berkeley’den araştırma ekibi ve Florida Uluslararası Üniversitesi’ndeki kimyagerler katıldı. Yapılan çalışma, Manoa’daki Hawaii Üniversitesi’ndeki bilim insanları tarafından yönetildi.

Berkeley Lab’ın Kimyasal Bilimler Bölümü’nden bir bilim insanı olan ve Berkeley Lab’ın Gelişmiş Işık Kaynağında (ALS) deneyler yapmak için araştırma ekibine katılan Musahid Ahmed: “Evrende ki ilk karbon bazlı yapılardan bazılarının bu şekilde evrimleştiğine  inanıyoruz” dedi.

Ahmed: “Basit gazlardan başlayarak, tek boyutlu ve iki boyutlu yapılar oluşturabilir ve piren sizi 2 boyutlu grafene götürebilir. Oradan grafite geçebilirsiniz ve daha karmaşık kimyanın evrimi başlar.” dedi.

Piren, 16 karbon atomu ve 10 hidrojen atomundan oluşan bir moleküler yapıya sahiptir. Araştırmacılar, piren oluşumuna neden olan aynı kimyasal ısıtma işlemlerinin örneğin; araç motorlarındaki yanma süreçleriyle ve kurum parçacıklarının oluşumuyla da ilgili olduğunu buldular.

Yapılan en son çalışma, Satürn’ün uydusu Titan da dahil olmak üzere uzayda da gözlemlenen daha küçük moleküler halkalara sahip hidrokarbonları analiz eden daha önceki çalışmalara dayandığını gösterdi. Bu hidrokarbonların ise benzen ve naftalin olduğu açıklandı.

Fotoğraf: Bir araştırmacı Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan alınan bu fotoğrafta, çeşitli hidrokarbonlar ve amino asitler içerdiği gösterilen Murchison göktaşının bir parçasını ve bir test tüpü örneğini ele alıyor. Berkeley Laboratuvarı’ndaki deneyler, Murchison göktaşı ve diğer göktaşlarında piren gibi karmaşık hidrokarbonların oluşabileceği kimyasal adımların izini sürmeye yardımcı oldu.

Yapılan çalışmanın baş yazarlarından ve Manoa’daki Hawaii Üniversitesi’nde kimya profesörü olan Ralf I. Kaiser: ” Bu hidrokarbonlar uzayda ilk görüldüğünde insanlar çok heyecanlandı. Akıllarında nasıl oluştuğuna dair sorular vardı. Tamamen bir gaz karışımındaki reaksiyonlarla mı oluşuyorlardı yoksa sulu bir yüzeyin içerisinde mi oluşuyorlardı?”.

Ahmed, yaşamın kimyasal öncüllerinin evrende nasıl oluştuğunun hikayesini yeniden anlatmayı amaçlayan bu dedektif çalışmasında gökbilimciler ve kimyagerler arasında bir etkileşim olduğunu söyledi.

Ahmed: “Gökbilimcilerle sürekli fikir alışverişi içindeyiz çünkü orada ne olduğunu anlamada onların yardımına ihtiyacımız var ve bu konuda bizleri bilgilendiriyorlar.” dedi.

Kaiser, diğer yandan fizikokimyacıların da uzayda belirli moleküllerin sentezine yol açabilecek reaksiyon mekanizmalarına ışık tutmaya yardımcı olabileceklerini belirtti.

Piren, galaksimizdeki tüm karbonun yaklaşık yüzde 20’sini oluşturduğu tahmin edilen polisiklik aromatik hidrokarbonlar veya PAH’lar olarak bilinen bir aileye aittir. PAH’lar, bir dizi kaynaşmış moleküler halkalardan oluşan organik moleküllerdir. Bu halkaların uzayda nasıl geliştiğini keşfetmek için bilim insanları, bu molekülleri ve uzayda var olduğu bilinen diğer molekülleri sentezlemeye çalışıyorlar.

Florida Uluslararası Üniversitesi’nde araştırmaya katılan kimya profesörü Alexander M. Mebel, “Onları birer birer oluşturup sonrasında oluşan halkaları daha da büyütüyoruz. Bu olay bize hayatın kökenine çok indirgemeci yeni bir bakış açısı kazandırıyor: her seferinde bir yapı taşı. ” dedi.

Bu çalışma için araştırmacılar, üç halka dizisi içeren, toplam 14 karbon atomu ve dokuz hidrojen atomu içeren bir moleküler yapıya sahip 4-fenantrenil radikali olarak bilinen karmaşık bir hidrokarbonun bir kombinasyonundan kaynaklanan kimyasal reaksiyonları asetilen ile (iki karbon atomu ve iki hidrojen atomu) araştırdılar.

UC Berkeley’de kimya profesörü yardımcısı ve çalışmaya katkıda bulunan Felix Fischer, çalışma için gerekli kimyasal bileşiklerin ticari olarak mevcut olmadığını, bu nedenle laboratuvarının örnekleri hazırladığını söyledi. “Bu kimyasalların laboratuvarda sentezlenmesi çok zahmetli” dedi.

Fotoğraf: En üstte hidrojen ayırma / asetilen ekleme veya HACA olarak bilinen kimyasal bir yöntemle piren adı verilen bir hidrokarbon oluşturabilen bir reaksiyon yolu gösterilmektedir. Altta, pirenin HACA (kırmızı) veya hidrojen ayırma – vinilasetilen ilavesi (HAVA) adı verilen başka bir mekanizma (mavi) yoluyla daha karmaşık hidrokarbonlar oluşturabileceği bazı olası adımlara yer verilmiştir.

ALS, ziyaretçi ve kurum içi araştırmacılar tarafından bir dizi bilim deneyini desteklemek için kızılötesinden X-ışını dalga boylarına kadar ışık demetleri üretir. Bu çalışma için ALS’de araştırmacılar;  gaz karışımını, bir yıldızın yakınlığını simüle etmek için numuneyi yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtan bir mikroreaktöre enjekte ettiler.

Gaz karışımı, mikroreaktörden süpersonik hızlarda küçük bir nozülden püskürtüldü ve ısıtılmış hücre içindeki aktif kimyayı durdurdu. Araştırma ekibi daha sonra senkrotrondan gelen vakumlu ultraviyole ışık demetini elektronları ortadan kaldıran ısıtılmış gaz karışımına odakladı (iyonizasyon olarak bilinen bir etki).

Daha sonra iyonizasyondan sonra oluşan parçacıkların değişen varış sürelerini ölçen yüklü bir parçacık detektörü kullanarak gerçekleşen kimyayı analiz ettiler. Bu varış zamanları, ana moleküllerin işaretlerini taşıyordu. Bu deneysel ölçümler, Mebel’in teorik hesaplamalarıyla birleştiğinde, araştırmacıların oyundaki kimyanın ara adımlarını görmelerine ve reaksiyonlarda piren üretimini doğrulamalarına yardımcı oldu.

Mebel’in çalışması, pirenin (dört halkalı bir moleküler yapı) fenantren (üç halkalı bir yapı) olarak bilinen bir bileşikten nasıl gelişebileceğini gösterdi. Mebel, bu teorik hesaplamaların, karbon yıldızlarının çıkışlarına ve yıldızlararası ortama kadar çeşitli fenomenleri incelemek için faydalı olabileceğini söyledi.

Kaiser, “Gelecekteki çalışmalar, aynı tekniği kullanarak daha büyük halkalı molekül zincirlerinin nasıl oluşturulacağını ve piren kimyasından grafenin nasıl oluşturulacağını araştırabilir.” dedi.

Hawaii Üniversitesi’ndeki ekip üyeleri tarafından yürütülen diğer deneyler, araştırmacılar hidrokarbon gazlarını buzlu koşullarda karıştırdığında ve bunun yaşam taşıyan moleküllerin oluşumuna yol açıp açmayacağını görmek için kozmik radyasyonu simüle ettiğinde ne olacağını araştıracaklar.

Ahmed; “Bu yeterli bir tetikleyici mi? Yaşam formları oluşturmak için  kendi kendine örgütlenme ve kendi kendine toplanma dahil olmalı. Asıl soru, bunun fizik yasalarının doğası gereği izin verdiği bir şey olup olmadığıdır.” dedi.

Çalışma, ABD Enerji Bakanlığı’nın Ofis Bilimleri ve UC Berkeley, Hawaii Üniversitesi, Florida Uluslararası Üniversitesi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi.

Kaynak : scitechdaily.com