量子隧道允许“不可能”的化学反应发生在太空中

在鹰星星明星中，在高大的柱子和圆形灰尘和冷分子气体的圆形球中形成。图像

来自利兹大学的科学家团队发现，由于一种名为“量子隧道”的现象，曾经认为，在空间的寒冷中，化学反应曾经认为是“不可能”的“不可能”。

新的研究表明，先前被认为是“太空中不可能”的化学反应实际上发生了“伴随着活力”，这是一个可能最终改变我们对酗酒在太空中形成和摧毁的理解 - 这也可能意味着像土星这样的地方月亮泰坦，曾经考虑过太冷的生命以形成，可能具有生化反应的捷径。

英国利兹大学的一支球队重建了实验室的寒冷环境，并观察了醇甲醇的反应和氧化化学物质，称为“羟基自由基”在负210摄氏度下。他们发现，这些气体不仅使得在这种令人难以置信的寒冷温度下产生甲氧基自由基，而且反应速率比室温快50倍。

他们还发现，这种比预期的反应更快地才能发生在空间中的气相中，形成产品（CH3O） - 并且它只能通过调用“量子隧道的现象”来形成。

作为研究领导者Dayne听到的，Leeds大学化学学院大气化学教授解释说，量子隧道是一种“非古典现象”，这意味着与甲醇相互作用的波函数具有“非零延伸超出反应屏障的概率。“这意味着系统可以出现在反应的“产品侧”上，而不必在反应屏障的顶部上。“

换句话说，隧道现象基于量子力学的古怪规则，其抗争于颗粒不倾向于具有定义的状态，位置和速度，而是存在于概率的雾度中。这意味着虽然给定的粒子可能具有强烈的概率在障碍物的一侧，但它实际上存在于它的另一侧的非常小的机会 - 实际上允许它偶尔“隧道”否则是难以能感的墙。

艺术家对Ganesa Macula的印象，土星的月亮泰坦上的一座山被认为是“冰山”，周期性地含有液态水的“熔岩”。这种水可以与泰坦大气中的有机化合物反应，以产生类似于早期地球的复杂分子。

“随着温度降低，化学反应变慢，因为越来越少于”反应障碍“。但量子力学告诉我们，可以通过这个障碍而不是越过它来欺骗和挖掘。这被称为“量子隧道”，“听说过。

简而言之，听说表明该研究表明，有机化学可以发生在太空中，这里将醇转化为烷氧基 - 然后继续形成羰基等甲醛。

“所以我们表明，尽管空间寒冷条件，但是一项功能群可以转换为另一个功能。在太空折扣的反应，因为现在可能太冷了，可能会发生 - 由于隧道，“他补充道。

在隧道促进的羟基自由基和甲醇之间的最近自然化学纸的加速化学中总结了该研究，“也证明这种量子隧道反应可以在各种环境中发生，包括冷拔线大气压，星形形成区域，恒星外流和周围的信封。

'关键星际分子'

康奈尔大学射频学院研究中心的高级研究助理博士博士博士博士博士表示，甲醇（CH3OH）是一个“关键星际分子”，这对星际的复杂有机化学至关重要和星形环境。“在星形成过程中，它作为各种更复杂的有机分子的饲料库存，提供了可以形成更复杂的结构的分子结构嵌段。了解如何被摧毁 - 因此，其残留的分子结构是否以及如何传递到其破坏产品 - 因此对我们对星际云到明星和行星形成的化学复杂性的演变是重要的，“他解释道。

甲醇对科学家也很有趣，因为它似乎没有自己的气相形成机制，尽管其在星际空间中无处不在。他指出，最近的化学动力学模型依赖于其在星际尘土谷物表面上的一氧化碳（CO）的形成 - 在那里通过红外线（IR）的星际云的红外线（IR）吸收研究已经“检测到丰富”。这些模型假设表面形成的甲醇的一小部分升掺入气相中，在气相中，通过MM /亚mm发射光谱检测，以比周围的寒冷地区的粒度低约一千次千倍的丰度10k。

“空间中甲醇的存在强调了不同化学阶段 - 气相和表面化学之间的微妙相互作用 - 在星际介质中，”格罗德说。

在Garrod的观点中，利兹大学工作有几种影响。最直接的是，他说它为最近检测到对象B1-B的丰富CH3O（最近检测到的低质量矩阵）提供了“整洁的解释”。此外，他说，新的工作表明，在星际云中普遍存在的低温下，在普遍存在的低温下，在普遍存在的低温下，“强烈偏见”。

“一般来说，在非常低的温度下众所周知，很少被众所周知的气相反应，尽管它越来越明显，对于与星际化学相关的许多过程来说，量子效应对于低温反应速率是至关重要的，”他说。

“一些关键的低温反应似乎没有根据室温行为遵守期望。他们不再显示一个人可能期望的古典arrhenius类型行为。低温意味着缓慢，非热过程（即量子隧道）可以占主导地位反应过程，“他补充道。

对于Garrod，新作品还表明，如CH3O等活性自由基在气相化学中可能是重要的，以及粉尘晶粒表面化学 - 至“可能产生更复杂的物种”。“最近在非常低的温度下的星际云中的甲基甲酸酯（HCOOCH3）和二甲醚（CH3OCH3）的分子的近期检测 - 尚未得到充分的解释与恒星形成引起的相对高的温度相关 - 仍未得到充分的解释。他说，在此调查的那种调查的气相反应可能发挥作用，“他说。

附近的银河系在冷尘的银河系。在远红外光线上成像的天空广域的广域地区有明显的灰尘挂毯 - 图像是三种红外颜色的数字融合。红色对应于寒冷的温度为10摄氏度，而白色对应于40个kelvins的气体温暖。图像下部的粉红色带是局限于银河系的平面的温暖气体。明亮的区域通常保持致密的分子云，该分子云慢慢塌陷以形成恒星，而调光器区通常是弥漫性星形气体和灰尘。为什么这些地区在大型和小尺度上具有复杂的丝状形状仍然是一个研究的主题。未来对灰尘的起源和演化的研究可能有助于了解我们银河系的最近历史以及我们的太阳系等行星系统出生。

“该研究还指出了其他类似反应的可能性可能对低温氢键的考虑来影响，允许足够稳定的中间体以形成量子隧穿工艺以塑造产品的形成，”他补充说。然而，Garroc认为，在这一领域仍然有“大量的工作” - 并强调我们对低温气相化学的理解是“远非完整的。”他还突出了一系列其他气相过程的潜力在星际空间中的复杂化学结构的形成中有可能“有影响力，并且在星形成过程中。”对于他而言，该工作也可能对膜介质（ISM）中的灰尘表面发生的化学有影响。目前的天文观察表明有机体的趋势与COC结构可能由“优先”形成CH3O基团在异构CH 2 OH形式中产生，与这些结果一致 - 并且Garrod指出了“巨大而且生长”的复杂数在星形形成过程中，在中等（〜30-100k）温度下的粉尘晶粒表面上似乎在灰尘晶粒表面上形成有机分子。

“OH和CH3OH两者都可能在冰块上的冰块，在星际尘颗粒中形成，并且预期有机化学会发生。新发现可能表明，随着所研究的反应在气相中产生的，“Garrod说，新发现可能与CH3O相关化学对粉尘颗粒进行了类似的偏差。”

“然而，目前尚不清楚在此研究的气相过程的反应动力学可以应用于表面或冰基质内的相同或类似的反应，”他补充道。

虽然需要更多的研究，但这种寒冷化学反应可能发生在寒冷的行星大气中的启示，以及星形形成区域，恒星外流和周围的信封，可能会激发对天体学区的良好兴趣 - 并帮助提高这些复杂反应的机会在泰坦等地方的频率发生。

出版物：Robin J. Shannon等人，“在隧道间隙温度下加速化学，在羟基自由基和甲醇之间通过隧道温度，”自然化学5,745-749,2013; DOI：10.1038 / nchem.1692

图片：T. A. Rector＆B. A.Wolpa，诺伊，光环;迈克尔卡罗尔; ESA，Planck HFI Consortium，IRA