FOSFOR KEHIDUPAN, LAHIR DI ANTARA BINTANG
Fosfor langka di alam semesta. Di atmosfer Matahari ada sekitar 3 atom fosfor untuk setiap 10 juta atom hidrogen — kira-kira seratus kali lebih sedikit daripada atom belerang. Namun kehidupan tidak bisa tanpanya: fosfat sangat penting bagi DNA dan RNA, pembawa informasi genetik, bagi ATP, dan bagi fosfolipid.
Bagaimana fosfor menjadi tersedia bagi kimia kehidupan yang pertama masih menjadi pertanyaan terbuka. Satu petunjuk yang dikutip para penulis: butiran yang luar biasa kaya fosfor, berbeda dari butiran meteorit lain, ditemukan dalam sampel yang dibawa pulang dari asteroid Ryugu — isyarat bahwa batuan antariksa mungkin telah mengantarkan fosfor ke Bumi muda.
Daftar molekul yang pendek
Para astronom radio telah mengidentifikasi lebih dari 40 molekul yang mengandung belerang di ruang antarbintang. Untuk molekul yang mengikat fosfor dengan karbon, daftarnya berhenti di tiga: CP, CCP, dan HCP, semuanya ditemukan di selubung bintang tua yang kaya karbon, ditambah satu deteksi yang belum pasti. Para kimiawan telah mengusulkan banyak kandidat yang lebih kompleks, tetapi bagaimana molekul-molekul itu terbentuk dan hancur masih sedikit diketahui.
Di awan gas yang renggang, fosfor sebagian besar berada sebagai ion positif, P⁺. Satu reaksi tampak sangat menjanjikan: P⁺ bertemu asetilena (C₂H₂), molekul karbon yang umum. Satu-satunya pengukurannya berasal dari 1989–1990, pada suhu ruang, dan basis data astrokimia begitu saja mengasumsikan laju yang sama pada semua suhu. Sementara itu, perhitungan tahun 2012 memprediksi laju sepuluh kali lebih rendah. Ada yang tidak cocok.
Ion bertemu asetilena di SOLEIL
Matteo Michielan, Daniela Ascenzi (Universitas Trento, Italia), Alexandre Zanchet (CSIC, Madrid), dan rekan-rekan di Prancis, Spanyol, dan Ceko kembali ke laboratorium. Di sinkrotron SOLEIL dekat Paris, mereka menghasilkan ion fosfor dengan memecah molekul fosfor triklorida menggunakan sinar ultraviolet, memilih energinya dengan cermat agar hanya terbentuk ion dalam keadaan energi terendahnya — pilihan yang mereka periksa dengan reaksi uji terpisah.
Lalu mereka mengarahkan ion melewati sel berisi asetilena bertekanan sangat rendah, sehingga setiap ion bertumbukan paling banyak sekali, dan menghitung produknya dengan spektrometer massa, pada energi tumbukan 0,1 hingga 10 elektronvolt. Perhitungan kimia kuantum dan model yang diperbaiki tentang cara kedua pasangan saling tarik melengkapi gambarannya.
Satu produk mendominasi
Pada energi rendah:
- 99% reaksi menghasilkan ion HCCP⁺ ditambah satu atom hidrogen;
- 1% menghasilkan CCP⁺ ditambah satu molekul hidrogen — sepuluh kali lebih banyak dari prediksi perhitungan 2012.
Jalur CCP⁺ seharusnya bahkan tidak terbuka bagi ion dalam keadaan “spin” magnetiknya yang biasa. Kehadirannya menunjukkan bahwa pasangan yang bertumbukan dapat membalik spinnya selama pertemuan, proses yang disebut lintas antarsistem (intersystem crossing). Para penulis menjelaskannya dengan kompleks berikatan lemah yang bertahan cukup lama agar pembalikan itu terjadi — terlebih pada energi rendah.
Produk ketiga yang dilaporkan pada 1989–1990, sebuah molekul gabungan, tidak pernah muncul. Tim mengaitkannya dengan tekanan yang lebih tinggi pada teknik lama, dan tidak memperkirakannya ada di antariksa.
Lebih cepat dalam dingin
Dengan mengubah hasil pengukuran mereka menjadi laju reaksi dari 10 hingga 5.000 kelvin, mereka mendapatkan 1,1 × 10⁻⁹ cm³ per detik pada suhu ruang — mendekati nilai lama — tetapi lajunya naik seiring turunnya suhu, mencapai 1,3 × 10⁻⁹ pada 10 kelvin, alih-alih nilai konstan yang dipakai selama ini. Alasannya: sebaran muatan listrik asetilena yang memanjang menarik ion lebih kuat daripada yang diasumsikan model standar. Mereka menyediakan rumus yang siap dimasukkan ke basis data astrokimia.
Di sekitar bintang karbon tua
Tim menambahkan reaksi ini ke model kimia IRC +10216, bintang tua yang kaya karbon, dikelilingi selubung tempat beberapa molekul fosfor telah terdeteksi. Ion fosfor sebagian besar berada di lapisan luar, asetilena di lapisan dalam, tetapi keduanya bertumpang tindih di sekitar 3 × 10¹⁶ sentimeter dari bintang. Di sana, reaksi ini menjadi pintu utama menuju ion yang mengandung fosfor dan sumber utama HCCP⁺. Di awan antarbintang, HCCP⁺ yang menangkap elektron kemudian bisa menghasilkan CP dan CCP — dua dari tiga molekul yang sudah terlihat.
Model ini memprediksi HCCP⁺ dan CCP⁺ dalam jumlah yang sebanding. Untuk mengujinya, teleskop harus menemukannya — dan sebelum itu, diperlukan pengukuran laboratorium atas tanda radionya, yang sepengetahuan para penulis belum pernah dilakukan.