Leidse astronomen bepalen chemische vingerafdruk van kleinste aromatische molecuul
Volgens astrochemici komt het Cyclopropenyl-ion molecuul veel voor in het heelal, maar er kon niet gericht naar worden gezocht met telescopen. Na een decennialange zoektocht is het lichtspectrum in het laboratorium gemeten. Het molecuul is een tussenproduct van chemische reacties die een rol spelen bij het ontstaan van leven. Het onderzoek is online gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.
Cyclopropenyl-ion
Het molecuul waarvan het lichtspectrum in het laboratorium is bepaald heet Cyclopropenyl-ion. Het is het kleinste aromatische molecuul en bestaat uit een ring van drie koolstofatomen met ieder een waterstofatoom. Het geladen deeltje gaat gemakkelijk nieuwe verbindingen aan met andere atomen en moleculen en is daarom in de ruimte van belang bij tientallen chemische reacties. Omdat het absorptiespectrum nu gemeten is, kunnen astronomen onderzoeken waar en hoeveel van deze moleculen in kosmische gaswolken tussen en rondom sterren voorkomen.
Plasma
Postdoc Dongfeng Zhao, werkzaam in het laboratorium voor astrofysica van de Sterrewacht Leiden: ‘Er bestaan een paar belangrijke moleculen waarvoor het maar niet wil lukken om de chemische vingerafdruk te meten. Het Cyclopropenyl-ion mag nu van de lijst.’ Hiervoor moesten wel meerdere moeilijkheden worden opgelost. Zo moest het molecuul ter plekke in een plasma worden gemaakt. In zo’n plasma ontstaan vele verschillende deeltjes die moeilijk van elkaar te onderscheiden zijn. Het aantal moleculen is ook nog eens gering, waardoor bijzonder gevoelige metingen nodig zijn.
Superspiegels en een laserstraal
Toch lukte het Zhao en masterstudente Kirstin Doney om het absorptiespectrum van het positief geladen Cyclopropenyl-ion te meten door twee superspiegels aan weerszijden van het plasma te plaatsen en een laserlichtbundel tienduizenden keren erdoor heen en weer te schieten. Wanneer zo’n molecuul in het plasma dan een beetje licht absorbeert, gaat de laserstraal minder vaak op en neer. Door vervolgens het aantal weerkaatsingen te meten voor elke kleur van de laserstraal kan het absorptiespectrum worden bepaald.
Universele puzzel
Het Cyclopropenyl-ion duikt in veel astrochemische modellen op, maar tot nu toe was het niet mogelijk om er daadwerkelijk in de ruimte naar op zoek te gaan. Astronomen kunnen nu met infraroodtelescopen de aanwezigheid van het molecuul bevestigen. Professor Harold Linnartz van de Sterrewacht Leiden: ‘Dat zo’n belangrijke schakel nu in ons laboratorium het licht heeft gezien is een prachtig resultaat; een stukje van de universele puzzel is zichtbaar geworden. Aan anderen nu de uitdaging om het in de ruimte op de juiste plaats te leggen.’
Links
Artikel: Laboratory gas-phase detection of the cyclopropenyl cation (c-C3H3+), Dongfeng Zhao, Kirstin D. Doney, Harold Linnartz, (2014) The Astrophysical Journal Letters 791, L28. doi:10.1088/2041-8205/791/2/L28