YAŞAMIN FOSFORU, YILDIZLARIN ARASINDA DOĞDU

Fosfor evrende kıttır. Güneş’in atmosferinde her 10 milyon hidrojen atomuna yaklaşık 3 fosfor atomu düşer — kükürt atomlarından kabaca yüz kat daha az. Yine de yaşam onsuz yapamaz: fosfatlar, genetik bilginin taşıyıcıları DNA ve RNA için, ATP için ve fosfolipitler için vazgeçilmezdir.

Fosforun yaşamın ilk kimyası için nasıl erişilebilir hale geldiği hâlâ açık bir soru. Yazarların aktardığı bir ipucu: Ryugu asteroitinden getirilen örneklerde, diğer göktaşlarınınkilerden farklı olarak alışılmadık ölçüde fosforca zengin tanecikler bulundu — uzay kayalarının genç Dünya’ya fosfor taşımış olabileceğine dair bir işaret.

Kısa bir molekül listesi

Radyo gökbilimciler yıldızlararası uzayda kükürt içeren 40’tan fazla molekül tanımladı. Fosforu karbona bağlayan moleküllerde ise liste üçte duruyor: hepsi yaşlı, karbonca zengin yıldızların zarflarında bulunan CP, CCP ve HCP, artı bir kesinleşmemiş saptama. Kimyacılar çok daha karmaşık pek çok aday önerdi, ama bunların nasıl oluşup yok edildiği pek bilinmiyor.

Seyrek gaz bulutlarında fosfor esas olarak pozitif bir iyon, P⁺ olarak bulunur. Bir tepkime özellikle umut verici görünüyordu: P⁺’nın yaygın bir karbon molekülü olan asetilenle (C₂H₂) karşılaşması. Tek ölçümü 1989–1990’dan, oda sıcaklığında yapılmış ve astrokimya veritabanları basitçe her sıcaklıkta aynı hızı varsayıyor. Öte yandan 2012’deki bir hesap on kat daha düşük bir hız öngörmüştü. Bir şeyler tutmuyordu.

İyonlar SOLEIL’de asetilenle buluşuyor

Matteo Michielan, Daniela Ascenzi (Trento Üniversitesi, İtalya), Alexandre Zanchet (CSIC, Madrid) ve Fransa, İspanya ve Çekya’daki meslektaşları laboratuvara geri döndü. Paris yakınlarındaki SOLEIL sinkrotronunda, fosfor triklorür moleküllerini morötesi ışıkla parçalayarak fosfor iyonları ürettiler; enerjiyi yalnızca en düşük enerji durumundaki iyonlar oluşacak şekilde dikkatle seçtiler — ayrı bir test tepkimesiyle denetledikleri bir seçim.

Ardından iyonları, her iyon en fazla bir kez çarpışsın diye çok düşük basınçlı bir asetilen hücresinden geçirdiler ve ürünleri 0,1 ile 10 elektronvolt arasındaki çarpışma enerjilerinde kütle spektrometreleriyle saydılar. Kuantum kimyası hesapları ve iki partnerin birbirini nasıl çektiğine dair geliştirilmiş bir model tabloyu tamamladı.

Tek bir ürün baskın

Düşük enerjide:

• tepkimelerin %99’u HCCP⁺ iyonu artı bir hidrojen atomu üretiyor;
• %1’i CCP⁺ artı bir hidrojen molekülü üretiyor — 2012 hesabının öngördüğünden on kat fazla.

CCP⁺ kanalı, olağan manyetik “spin” durumlarındaki iyonlar için açık bile olmamalı. Varlığı, çarpışan çiftin karşılaşma sırasında spinini çevirebildiğini gösteriyor; buna sistemler arası geçiş (intersystem crossing) denen bir süreç. Yazarlar bunu, çevrilmenin gerçekleşmesine yetecek kadar uzun kalan zayıf bağlı komplekslerle açıklıyor — düşük enerjide daha da fazla.

1989–1990’da bildirilen üçüncü bir ürün, birleşik bir molekül, hiç ortaya çıkmadı. Ekip bunu eski tekniğin daha yüksek basıncına bağlıyor ve uzayda beklemiyor.

Soğukta daha hızlı

Ölçümlerini 10 ile 5.000 kelvin arasındaki tepkime hızlarına dönüştürerek, oda sıcaklığında saniyede 1,1 × 10⁻⁹ cm³ buluyorlar — eski değere yakın — ama bu hız, şimdiye dek kullanılan sabit değer yerine, sıcaklık düştükçe yükseliyor ve 10 kelvinde 1,3 × 10⁻⁹’a ulaşıyor. Nedeni: asetilenin uzamış elektrik yükü dağılımı iyonu standart modelin varsaydığından daha güçlü çekiyor. Astrokimya veritabanlarına doğrudan eklenmeye hazır formüller sunuyorlar.

Yaşlı bir karbon yıldızının çevresinde

Ekip tepkimeyi, birkaç fosfor molekülünün saptandığı bir zarfla çevrili, evrimleşmiş, karbonca zengin bir yıldız olan IRC +10216’nın kimyasal modeline ekledi. Fosfor iyonları çoğunlukla dış katmanlarda, asetilen iç katmanlarda yaşıyor, ama yıldızdan yaklaşık 3 × 10¹⁶ santimetre uzakta örtüşüyorlar. Orada tepkime fosfor içeren iyonlara açılan ana kapı ve HCCP⁺’nın ana kaynağı haline geliyor. Yıldızlararası bulutlarda HCCP⁺’nın bir elektron yakalaması ardından CP ve CCP’yi — zaten görülen üç molekülden ikisini — verebilir.

Model HCCP⁺ ve CCP⁺’yı karşılaştırılabilir miktarlarda öngörüyor. Bunu denetlemek, teleskopların onları bulmasını gerektirecek — ve önce, yazarların bildiği kadarıyla hiç yapılmamış olan radyo imzalarının laboratuvar ölçümlerini.