FOSFORASI YA UHAI, ILIYOZALIWA KATI YA NYOTA

Fosforasi ni haba katika anga-ulimwengu. Katika angahewa ya Jua kuna takriban atomi 3 za fosforasi kwa kila atomi milioni 10 za haidrojeni — takriban mara mia moja chini ya atomi za salfa. Hata hivyo uhai hauwezi kuendelea bila hiyo: fosfeti ni muhimu kwa DNA na RNA, vibebaji vya taarifa za kijenetiki, kwa ATP na kwa fosfolipidi.

Jinsi fosforasi ilivyopatikana kwa kemia ya kwanza ya uhai bado ni swali lililo wazi. Kidokezo kimoja kinachotajwa na waandishi: chembechembe zenye fosforasi nyingi isivyo kawaida, tofauti na zile za vimondo vingine, zilipatikana katika sampuli zilizoletwa kutoka asteroidi Ryugu — ishara kwamba miamba ya angani huenda ilileta fosforasi kwa Dunia changa.

Orodha fupi ya molekuli

Wanaastronomia wa redio wametambua zaidi ya molekuli 40 zenye salfa katika anga kati ya nyota. Kwa molekuli zinazofungamanisha fosforasi na kaboni, orodha inaishia tatu: CP, CCP na HCP, zote zikipatikana katika magamba ya nyota za zamani zenye kaboni nyingi, pamoja na ugunduzi mmoja wa kukisia. Wanakemia wamependekeza wagombea wengi changamani zaidi, lakini jinsi wanavyoundwa na kuharibiwa haijulikani vizuri.

Katika mawingu yaliyotawanyika ya gesi, fosforasi ipo hasa kama ioni chanya, P⁺. Mmenyuko mmoja ulionekana kuahidi hasa: P⁺ kukutana na asetilini (C₂H₂), molekuli ya kawaida ya kaboni. Kipimo chake pekee ni cha 1989–1990, katika halijoto ya chumba, na hifadhidata za astrokemia hudhani tu kiwango kilekile katika kila halijoto. Wakati huo huo, hesabu ya mwaka 2012 ilitabiri kiwango cha chini mara kumi. Kuna kitu ambacho hakikuwa kinakaa sawa.

Ioni zakutana na asetilini huko SOLEIL

Matteo Michielan, Daniela Ascenzi (Chuo Kikuu cha Trento, Italia), Alexandre Zanchet (CSIC, Madrid) na wenzao huko Ufaransa, Uhispania na Chekia walirudi maabara. Katika sinkrotroni ya SOLEIL karibu na Paris, walizalisha ioni za fosforasi kwa kuvunja molekuli za fosforasi trikloridi kwa mwanga wa urujuanimno, wakichagua nishati kwa makini ili ziundwe tu ioni zilizo katika hali yao ya nishati ya chini kabisa — chaguo walilolikagua kwa mmenyuko tofauti wa majaribio.

Kisha waliziongoza ioni hizo kupitia seli ya asetilini yenye shinikizo la chini sana, ili kila ioni isigongane zaidi ya mara moja, na kuhesabu mazao kwa spektromita za masi, katika nishati za mgongano kuanzia elektronivolti 0.1 hadi 10. Hesabu za kemia ya kwantamu na muundo ulioboreshwa wa jinsi washirika hao wawili wanavyovutana zilikamilisha picha.

Zao moja latawala

Katika nishati ya chini:

99% ya migongano huzalisha ioni HCCP⁺ pamoja na atomi ya haidrojeni;
1% huzalisha CCP⁺ pamoja na molekuli ya haidrojeni — mara kumi zaidi ya ilivyotabiriwa na hesabu ya 2012.

Njia ya CCP⁺ haipaswi hata kuwa wazi kwa ioni zilizo katika hali yao ya kawaida ya “spini” ya kisumaku. Kuwepo kwake kunaonyesha kwamba jozi inayogongana inaweza kugeuza spini yake wakati wa kukutana, mchakato unaoitwa uvukaji kati ya mifumo (intersystem crossing). Waandishi wanaueleza kwa michanganyiko iliyofungamana kidhaifu inayokawia kwa muda wa kutosha kwa ugeuzaji huo kutokea — hasa zaidi katika nishati ya chini.

Zao la tatu lililoripotiwa mwaka 1989–1990, molekuli iliyoungana, halikuonekana kamwe. Timu inalihusisha na shinikizo la juu zaidi la mbinu ya zamani, na haitarajii kuliona angani.

Kasi zaidi katika baridi

Wakibadilisha vipimo vyao kuwa viwango vya mmenyuko kuanzia kelvini 10 hadi 5,000, wanapata 1.1 × 10⁻⁹ cm³ kwa sekunde katika halijoto ya chumba — karibu na thamani ya zamani — lakini kiwango ambacho hupanda halijoto inaposhuka, kikifikia 1.3 × 10⁻⁹ katika kelvini 10, badala ya thamani isiyobadilika iliyotumika hadi sasa. Sababu: mgawanyo mrefu wa chaji za umeme wa asetilini huivuta ioni kwa nguvu zaidi kuliko muundo sanifu unavyodhani. Wanatoa fomula zilizo tayari kuingizwa katika hifadhidata za astrokemia.

Kuzunguka nyota ya zamani ya kaboni

Timu iliongeza mmenyuko huo katika muundo wa kikemia wa IRC +10216, nyota iliyokomaa, yenye kaboni nyingi, iliyozungukwa na gamba ambamo molekuli kadhaa za fosforasi zimegunduliwa. Ioni za fosforasi huishi hasa katika matabaka ya nje, asetilini katika yale ya ndani, lakini zinapishana takriban sentimita 3 × 10¹⁶ kutoka nyota. Hapo, mmenyuko huo unakuwa mlango mkuu wa kuelekea ioni zenye fosforasi na chanzo kikuu cha HCCP⁺. Katika mawingu kati ya nyota, HCCP⁺ ikinasa elektroni inaweza kisha kuzaa CP na CCP — molekuli mbili kati ya zile tatu zilizokwisha onekana.

Muundo unatabiri HCCP⁺ na CCP⁺ kwa viwango vinavyolingana. Kulikagua hilo kutahitaji darubini kuzipata — na, kwanza, vipimo vya maabara vya alama zao za redio, ambavyo, kwa kadiri waandishi wanavyojua, havijawahi kufanywa.