H3 + - a molécula que iluminaram o Universo

A molécula conhecida como H3 + Acredita-se que teve um papel vital no resfriamento das primeiras estrelas do universo, e ainda pode desempenhar um papel importante na formação de estrelas atuais. A molécula despretensioso conhecido como um íon de hidrogênio triatômica, ou H3 +, podem ter segredos da formação das primeiras estrelas após o Big Bang.

Na presença da radiação que permeia o espaço interestelar, H3 + pode ganhar energia que faz com que ele vibre e perdem sua simetria. Aqui, os electrões são partilhados entre apenas dois dos átomos de hidrogénio. Assimetrias como esses permitem a molécula de emitir luz e esfriar a formar estrelas.

"A maior parte do universo é constituída de hidrogênio em várias formas", disse Ludwik Adamowicz, professor da Universidade do Arizona'' s de departamento de química e bioquímica, mas o íon H3 + é o íon molecular mais prevalente no espaço interestelar. É também uma das moléculas mais importantes da existência. "

Acredita-se ser fundamental para a formação de estrelas nos primeiros dias do universo, H3 + também é o precursor de muitos tipos de reações químicas, disse Adamowicz, incluindo a que a compostos, tais como água ou dióxido de carbono, que são essenciais para a vida.

Primeiras estrelas teriam se tornado cada vez mais quente, até que explodiu antes mesmo de formado, de acordo com Michele Pavanello, que liderou a pesquisa inédita, a menos que houvesse uma forma de liberar parte dessa energia acumulada.

"Não haveria qualquer formação de estrelas se não houvesse moléculas que lentamente arrefecer a estrela em formação pela emissão de luz", disse Pavanello. Nem muitas moléculas pode fazer isso, acrescentou, em parte porque muito poucas moléculas existiam nos primórdios do universo. "Os astrônomos acreditam que a única molécula que poderia arrefecer um estrela em formação nessa hora em particular é H3 +."

Outra molécula, hidrogênio molecular, teria estado presente, mas teria muito mais dificuldade em resfriamento de uma estrela em formação de H3 +. "O hidrogênio não gosta de emitir luz, enquanto H3 + pode dobrar e vibrar, e ao fazê-lo é capaz de emitir luz." disse Pavanello.

H3 + é uma molécula eletricamente carregada, chamada íon. É constituída por três átomos de hidrogénio com apenas dois, em oposição a um saudáveis, três, electrões para partilhar entre eles. Na falta de um electrão carregado negativamente, a molécula assume uma carga plus-um positivo.

H3 + tem uma forma triangular, explicado Adamowicz. "Como está excitado ele começa a vibrar em várias maneiras."
"Um tem de envolver uma grande quantidade de cálculos ao nível da mecânica quântica para prever essas vibrações", disse Adamowicz. "O papel da teoria é, essencialmente, para simular as vibrações no computador e depois descrever como a molécula está balançando ou dançando."

Compreender as várias vibrações H3 + poderia ajudar os astrónomos a deduzir em que medida ele desempenhou um papel na formação das primeiras estrelas.

"Na década de 1990, H3 + foi observada em torno estrelas", disse Adamowicz. "As estrelas emitem radiação, que não só contribui para a produção de H3 + mas também excita a molécula para estados de energia mais elevados. A molécula pode também tornar-se excitado através de sobras de energia a partir de reacções químicas que foi envolvidos ou através de colisões com outras moléculas. No processo de de-excitação da molécula emite fótons que são detectados por telescópios nossa rádio. "

"Isso só pode acontecer com H3 +, pois o hidrogênio molecular é muito simétrica", disse Pavanello. "E assim H3 + tem uma função muito importante de resfriamento na formação das primeiras estrelas após o Big Bang."

"A única maneira que podemos prever como a formação de estrelas é se sabemos muito bem quais são as habilidades de resfriamento de H3 + são, e não podemos saber a sua capacidade de refrigeração até que saibamos o seu espectro vibracional. Precisamos saber o que esses níveis de energia são", disse Pavanello.

"Com este trabalho, apontaram os níveis de energia, até um limite de energia a certeza de que já é bom o suficiente para gerar previsões precisas da capacidade de refrigeração de H3 +", disse Pavanello.

O grupo não começou a desvendar os segredos de H3 +, disse Pavanello, que se formou a partir da UA em 2010, com Marie Curie prestigiada bolsa de pós-doutorado que o levou a Universidade de Leiden, na Holanda. Ele agora é um professor assistente de química teórica na Universidade de Rutgers.

"Tudo aconteceu quase por acaso", disse ele. "Um amigo da instalação de espectrometria de massa na UA do departamento de química passa a ser um químico muito bom quantum da Hungria. Certa vez, ele visitou o departamento e conversou com Ludwik sobre a possibilidade de fazer alguns cálculos + de H3. Na época, eu tinha apenas começou. O código que eu estava escrevendo foi quase pronto, e nós pensamos H3 + poderia ser um bom sistema em que para testar este código. "

Os pesquisadores de entrada um código de computador em super computadores no Centro de Alto da UA Performance Computing que descreve as maneiras pelas quais H3 + vibra de acordo com os princípios da mecânica quântica. "Nós não poderíamos ter feito isso sem o seu apoio", disse Pavanello.

Dependendo do nível de aproximações feitas no código de computador, disse Pavanello, os pesquisadores podem desenvolver um software que pode descrever o movimento de pequenas moléculas muito bem, ou muito grandes moléculas aproximadamente.

"Decidimos implementar algo que teve essencialmente aproximações não, mas é claro que com o preço que só podemos aplicá-la a moléculas muito pequenas", disse Pavanello. "Nosso método simplesmente não existia antes em uma forma mainstream."

Os resultados da equipe da UA foram corroborados por equipes da Hungria, França, Londres e Rússia, e também por experimentos feitos no Instituto Max-Planck, em Heidelberg, Alemanha, que criou H3 + em um laboratório e verificou que suas linhas espectrais compatíveis com as previsões.

A contribuição da equipe da UA permitiu que os pesquisadores, pela primeira vez para designar as linhas espectrais de H3 + para tipos particulares de os movimentos vibracionais como libera os íons fótons com comprimentos de onda quase visível. Estes comprimentos de onda contribuem para a cor da luz H3 + irradia em direção a nós a partir do espaço interestelar.

"Se você apontar um telescópio para o céu, você vê as linhas espectrais que são muito específicos para uma determinada molécula ou átomo", disse Pavanello. Diferentes moléculas emitem fótons em comprimentos de onda diferentes, que resultam em diferentes linhas espectrais que permitem aos astrônomos determinar a composição química das estrelas. Mas os telescópios mais estes se exato e preciso, as linhas espectrais mais vemos. "

"Estamos em um ponto em que vemos muitas, muitas mais linhas espectrais do que podemos identificar, e não sabemos o que significam essas linhas", disse Pavanello.

Conhecer os níveis vibracionais e, portanto, as linhas espectrais de H3 +, permitirá que astrônomos e astro-químicos para peneirar a inundação das linhas espectrais e ainda identificar a composição elementar de objetos no espaço.

Ele também permite aos cientistas prever as capacidades de refrigeração de H3 +, além de gerar um cenário possível de como as estrelas de primeira geração formada após o Big Bang, disse Pavanello. "Nós temos agora uma peça importante do quebra-cabeça necessário para embarcar em modelagem confiável da formação das primeiras estrelas."

Estes resultados inovadores foram publicados em uma edição recente da revista Physical Review Letters.

A imagem no topo da página foi tirada durante a órbita do Hubble 100.000 º em torno da Terra quando ele olhou para uma pequena porção da nebulosa perto da estrela NGC 2074 (superior, esquerda). A região é uma tempestade de criação estelar-prima, talvez desencadeada pela explosão de uma supernova nas proximidades. Fica a cerca de 170 000 anos-luz de distância, perto da Nebulosa da Tarântula, uma das mais ativas regiões de formação estelar em nosso Grupo Local de galáxias.

A imagem tridimensional de aparência revela cumes e vales dramáticos de poeira, serpente-cabeça "Pilares da Criação", e filamentos gasosos brilhando intensamente sob radiação ultravioleta torrencial. A região está à beira de uma nuvem molecular escura que é uma incubadora para o nascimento de novas estrelas.

O Galaxy diário via uanews.org