జీవపు భాస్వరం, నక్షత్రాల మధ్య పుట్టినది
విశ్వంలో భాస్వరం కొరత. సూర్యుడి వాతావరణంలో ప్రతి కోటి హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు సుమారు 3 భాస్వరం పరమాణువులు ఉంటాయి — గంధకం పరమాణువుల కంటే సుమారు వంద రెట్లు తక్కువ. అయినా జీవం అది లేకుండా మనలేదు: జన్యు సమాచార వాహకాలైన DNA, RNA లకు, ATP కి, ఫాస్ఫోలిపిడ్లకు ఫాస్ఫేట్లు అత్యవసరం.
జీవపు మొట్టమొదటి రసాయనశాస్త్రానికి భాస్వరం ఎలా అందుబాటులోకి వచ్చిందనేది ఇంకా తేలని ప్రశ్న. రచయితలు ఉటంకించిన ఒక ఆధారం: ర్యుగు అనే గ్రహశకలం నుంచి తెచ్చిన నమూనాల్లో, ఇతర ఉల్కల కణాలకు భిన్నంగా, అసాధారణంగా భాస్వరం సమృద్ధిగా ఉన్న కణాలు కనిపించాయి — అంతరిక్ష శిలలు యువ భూమికి భాస్వరాన్ని అందించి ఉండవచ్చనే సూచన.
అణువుల చిన్న జాబితా
రేడియో ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు నక్షత్రాంతర అంతరిక్షంలో గంధకం ఉన్న 40కి పైగా అణువులను గుర్తించారు. భాస్వరాన్ని కార్బన్‌తో బంధించే అణువుల జాబితా మాత్రం మూడు దగ్గరే ఆగిపోతుంది: CP, CCP, HCP, ఇవన్నీ పాత, కార్బన్ సమృద్ధ నక్షత్రాల ఆవరణల్లో కనిపించాయి, వీటికి తోడు ఒక తాత్కాలిక గుర్తింపు. రసాయన శాస్త్రవేత్తలు మరెన్నో సంక్లిష్ట అభ్యర్థులను ప్రతిపాదించారు, కానీ అవి ఎలా ఏర్పడతాయో, ఎలా నశిస్తాయో పెద్దగా తెలియదు.
వ్యాపించిన వాయు మేఘాల్లో, భాస్వరం ప్రధానంగా ధన అయాన్ P⁺ గా ఉంటుంది. ఒక చర్య ప్రత్యేకంగా ఆశాజనకంగా కనిపించింది: P⁺ ఒక సాధారణ కార్బన్ అణువైన ఎసిటిలీన్ (C₂H₂) ను కలవడం. దాని ఏకైక కొలత 1989–1990 నాటిది, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద చేసినది, ఖగోళ రసాయన డేటాబేస్‌లు ప్రతి ఉష్ణోగ్రత వద్దా అదే రేటును ఊహిస్తాయి. మరోవైపు, 2012 నాటి ఒక గణన పది రెట్లు తక్కువ రేటును అంచనా వేసింది. ఏదో పొసగడం లేదు.
SOLEIL వద్ద అయాన్లు ఎసిటిలీన్‌ను కలుస్తాయి
మాటియో మికియెలాన్, డానియెలా ఆషెంజీ (ట్రెంటో విశ్వవిద్యాలయం, ఇటలీ), అలెగ్జాండ్ర్ జాంషే (CSIC, మాడ్రిడ్), ఫ్రాన్స్, స్పెయిన్, చెకియాలకు చెందిన సహచరులు మళ్లీ ప్రయోగశాలకు వెళ్లారు. పారిస్ సమీపంలోని SOLEIL సింక్రోట్రాన్‌లో, వారు ఫాస్ఫరస్ ట్రైక్లోరైడ్ అణువులను అతినీలలోహిత కాంతితో విడగొట్టి భాస్వరం అయాన్లను ఉత్పత్తి చేశారు, అత్యల్ప శక్తి స్థితిలో ఉన్న అయాన్లు మాత్రమే ఏర్పడేలా శక్తిని జాగ్రత్తగా ఎంచుకున్నారు — ఈ ఎంపికను ఒక వేరే పరీక్షా చర్యతో తనిఖీ చేశారు.
తర్వాత వారు ఆ అయాన్లను అతి తక్కువ పీడనంలో ఉన్న ఎసిటిలీన్ గది గుండా నడిపించారు, ప్రతి అయాన్ గరిష్ఠంగా ఒక్కసారే ఢీకొనేలా, 0.1 నుంచి 10 ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల ఢీకొనే శక్తుల వద్ద ద్రవ్యరాశి స్పెక్ట్రోమీటర్లతో ఉత్పన్నాలను లెక్కించారు. క్వాంటం రసాయన గణనలు, రెండు భాగస్వాములు ఒకదాన్నొకటి ఎలా ఆకర్షిస్తాయో చెప్పే మెరుగైన నమూనా చిత్రాన్ని పూర్తి చేశాయి.
ఒకే ఉత్పన్నం ఆధిపత్యం
తక్కువ శక్తి వద్ద:
- 99% చర్యలు HCCP⁺ అయాన్‌ను, ఒక హైడ్రోజన్ పరమాణువును ఉత్పత్తి చేస్తాయి;
- 1% చర్యలు CCP⁺ ను, ఒక హైడ్రోజన్ అణువును ఉత్పత్తి చేస్తాయి — 2012 గణన అంచనా వేసిన దానికంటే పది రెట్లు ఎక్కువ.
అయాన్లు తమ సాధారణ అయస్కాంత “స్పిన్” స్థితిలో ఉన్నప్పుడు CCP⁺ మార్గం అసలు తెరుచుకోకూడదు. దాని ఉనికి, ఢీకొంటున్న జంట కలయిక సమయంలో తన స్పిన్‌ను తిప్పగలదని చూపిస్తుంది, ఈ ప్రక్రియను అంతర్వ్యవస్థ సంక్రమణం (intersystem crossing) అంటారు. స్పిన్ తిరగడానికి సరిపడా సమయం నిలిచి ఉండే బలహీనంగా బంధించబడిన సంకీర్ణాలతో రచయితలు దీన్ని వివరిస్తారు — తక్కువ శక్తి వద్ద ఇది మరింత ఎక్కువ.
1989–1990లో నివేదించిన మూడో ఉత్పన్నం, ఒక సంయుక్త అణువు, ఎప్పుడూ కనిపించలేదు. పాత పద్ధతిలోని అధిక పీడనమే దానికి కారణమని బృందం భావిస్తోంది, అంతరిక్షంలో దాన్ని ఆశించడం లేదు.
చలిలో మరింత వేగం
తమ కొలతలను 10 నుంచి 5,000 కెల్విన్ వరకు చర్యా రేట్లుగా మార్చి, వారు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సెకనుకు 1.1 × 10⁻⁹ cm³ ను కనుగొన్నారు — పాత విలువకు దగ్గరగా — కానీ ఆ రేటు ఉష్ణోగ్రత తగ్గేకొద్దీ పెరుగుతుంది, ఇప్పటివరకు వాడిన స్థిర విలువకు బదులు 10 కెల్విన్ వద్ద 1.3 × 10⁻⁹ కి చేరుతుంది. కారణం: ఎసిటిలీన్ పొడవాటి విద్యుదావేశ పంపిణీ ప్రామాణిక నమూనా ఊహించిన దానికంటే బలంగా అయాన్‌ను లోపలికి లాగుతుంది. ఖగోళ రసాయన డేటాబేస్‌లలో నేరుగా చేర్చగలిగే సూత్రాలను వారు అందిస్తున్నారు.
ఒక పాత కార్బన్ నక్షత్రం చుట్టూ
బృందం ఈ చర్యను IRC +10216 రసాయన నమూనాకు జోడించింది; ఇది పరిణామం చెందిన, కార్బన్ సమృద్ధ నక్షత్రం, దాని చుట్టూ ఉన్న ఆవరణలో అనేక భాస్వరం అణువులు గుర్తించబడ్డాయి. భాస్వరం అయాన్లు ఎక్కువగా బయటి పొరల్లో, ఎసిటిలీన్ లోపలి పొరల్లో ఉంటాయి, కానీ నక్షత్రం నుంచి సుమారు 3 × 10¹⁶ సెంటీమీటర్ల వద్ద అవి ఒకదానిపై ఒకటి వస్తాయి. అక్కడ, ఈ చర్య భాస్వరం కలిగిన అయాన్లకు ప్రధాన ద్వారం‌గా, HCCP⁺ కు ప్రధాన మూలంగా మారుతుంది. నక్షత్రాంతర మేఘాల్లో, HCCP⁺ ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను పట్టుకుంటే CP, CCP ఏర్పడవచ్చు — ఇప్పటికే కనిపించిన మూడు అణువుల్లో రెండు.
నమూనా HCCP⁺, CCP⁺ లను పోల్చదగిన పరిమాణాల్లో అంచనా వేస్తుంది. దీన్ని తనిఖీ చేయడానికి టెలిస్కోపులు వాటిని కనుగొనాలి — అంతకుముందు, వాటి రేడియో సంకేతాల ప్రయోగశాల కొలతలు కావాలి, రచయితలకు తెలిసినంత వరకు అవి ఎప్పుడూ జరగలేదు.