Od čega se sastoji zvjezdana prašina?

U međuzvjezdanom plinu nalazi se više od dvije stotine vrsta molekula, više od dvije stotine organskih spojeva – koliko do sada znamo. Ovo „do sada znamo“ važno je reći, jer se svake godine otkrije još desetak novih. Malo ili mnogo? Pa sad, zašto ih se ne otkrije više?

Prvi razlog tome je težina astronomskih posmatranja. Da bi se otkrio novi kemijski spoj među zvijezdama treba izmjeriti njegovu emisiju ili apsorpciju mikrovalnog ili infracrvenog zračenja u cijelom spektralnom području, drugim riječima snimiti spektar međuzvjezdanog plina s dovoljnom točnošću i preciznošću da bi kemičarima mogao biti od koristi. Kažem „kemičarima“ jer upravo su kemičari pozvani da interpretiraju spektre i na temlju njih otkriju molekulu koja stoji iza tog i takvog zračenja.

Nemoguća misija! Već se u fakultetskom udžbeniku organske kemije može pročitati da je apsorpcija infracrvenog zračenja valne duljine od 2,8 do 3,1 μm karakteristična za vezu O-H, pa se stoga u epruveti (ili među zvjezdama) nalazi nekakav alkohol (ne nužno etilni), no u tom se području spektra (2,9 – 3,1 μm) nalazi i vibracija veze N-H amidne skupine, pa ti znaj je li to alkohol ili amid. Muka je iz spektra odrediti strukturu organskog spoja i kad je čist, i još kad mu se zna molekulska (no ne i strukturna, konstitucijska) formula, a kamoli kad je pomiješan sa ne znam koliko stotina sličnih spojeva – i to u međuzvjezdanom plinu.

Rješenje problema ne leži u teleskopu i spektroskopu nego u kemijskom laboratoriju. I evo jednog novog takvog postignuća četrnaestero japanskih znanstvenika među kojima se ističe ime kemičarke Yoko Kebukawa koja je svu svoju karijeru posvetila laboratorijskoj simulaciji onoga što se događa među zvijezdama. Riječ je o znanstvenom radu „On the nature of organic dust in novae (O prirodi organske prašine u novama)“ objavaljenom ove godine u časopisu The Astrophysical Journal, u kojem su – kako naslov kaže – znanstvenici istraživali  kemijski sastav čestica prašine koje apsorbiraju infracrveno zračenje što ga emitiraju zvijezde (nove) koje su ih stvorile.

Pokus je bio posve jednostavan. U reakcijsku posudu u kojoj se nalazilo 3 – 5 mg uzorka organske tvari (QCC) uvodio se pod niskim tlakom (4 torr = 3,3 kPa) dušik, a potom se analizirao produkt (QCC + N2 → QNCC). Energiju za reakciju davalo je mikrovalno zračenje frekvencije 2,45 GHz i snage 300 W koje je ioniziralo dušik (stvorilo plazmu). Reaktant (QCC) je dobiven sličnim postupkom iz metana, no bitno je da QCC nije sadržavao ništa drugo osim spojeva ugljika i vodika. Od njega je djelovanjem dušika nastalo…  Što?

Viđen na Zemlji i među zvijezdama: 1-cijannaftalen
Viđen na Zemlji i među zvijezdama: 1-cijannaftalen

Pojavile su se nove spektralne linije koje su ukazivale na nastanak veza molekulskih fragmenata s dušikom (N-H, H-N-H, C≡N), no i novih kemijskih veza između atoma ugljika te atoma ugljika i vodika. Zaključak? U oblaku oko novoupaljenih zvijezda nastaju pretežno policiklični aromatski ugljikovodici (PAU ili engleski PAH), poput antracena (C14H10), 9,10-dimetilantracena (C16H14) ili koronena (C24H12). Dodatkom dušika, uz ugradnju atoma dušika u prstene molekla PAU, na njihove se molekule vežu cijanidne  skupine (-C≡N). Među tim spojevima su 1-cijannaftalen i 2-cijannaftalen, organski spojevi već pronađeni u svemirskom prostoru.

Još je važnija bila usporedba spektara onoga što izlazi i reakcijske komore sa spektrom zvijezda. Pogled na priloženu sliku otkriva skoro pa savršenu podudarnost: najvažnije je uočiti maksimume apsorpcije na oko 6,3 i 8 μm. Prvi maksimum odgovara vezama ugljika s ugljikom, a drugi vezama ugljika s dušikom. Smjesa spojeva dobivena u laboratoriju može se analizirati, a iz analize će se – vjerujem uskoro – vidjeti kakvih bi sve molekula moglo biti u svemiru. A kada se zna što se traži, onda se to lakše nađe. Astronomi će imati manje posla (zahvaljujući kemičarima).

Sva se to radi ne bi li se otkrilo kako je nastao život na Zemlji. Već dugo naime kola teorija da spojevi od kojih je nastao život nisu bile aminokiseline i njima slične organske tvari, nego upravo PAU i njihovi (dušični) derivati. Oni su se u dodiru s vodom postepeno preobrazili u nešto živo. Preobrazba je bila to lakša što su PAU i njihovi derivati, zbog veličine i hidrofobnosti svojih molekula, mogli poslužiti kao stanične membrane. Transformacija je očita: nitrili (R-C≡N) se lako  prevode u amide (R-CO-NH2), a oni pak u karboksilne kiseline (R-COOH) i aminokiseline (R-CH(NH2)-COOH).

No to je već teška kemija, a još su teže teorije o onome što se zbivalo na našem planetu prije nego što se na njemu prije 3,8 milijardi godina pojavio prvi život. Nama ostaje za znati da nove ne rađaju samo nove kemijske elemente nego i nove kemijske spojeve.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib i Modru lastu. Autor je više stručnih  i 14 znanstveno-popularnih knjiga. Posljednje dvije su “The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life ” i „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare.