Oletko koskaan polttanut lihaa tai grillattua kanaa, kunnes iho oli rapea? Jos olet, olet tehnyt joitain PAH-yhdisteitä. Ylikypsä liha, polttava puu ja autojen pakokaasut vapauttavat PAH-yhdisteitä, monimutkaisia molekyylejä, jotka koostuvat hiilestä (näkyy kohdassa C) ja vedystä ('H'). Tämä pallo- ja tikkufiguuri edustaa bentso[a]pyreeniä, PAH-yhdistettä, joka syntyy yleisesti ruoanlaitossa tai poltettaessa puuta ja jossa on 20 hiiliatomia ja tusinaa vetyä. Luotto: Dennis Bogdan kirjoittajan lisäyksineen
Keittiöt ovat siellä, missä luomme. Murusikakusta maissintähkään, se tapahtuu täällä. Jos olet kuten minä, olet joskus jättänyt kalkkunan liian pitkäksi uuniin tai polttanut grillatun kanan. Kun liha palaa, nenässäsi huonoista uutisista kertovien hajujen joukossa ovat litteät molekyylit, jotka koostuvat hiiliatomeista hunajakennokuvioon, joita kutsutaan PAH-yhdisteiksi tai polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä .PAH-yhdisteet muodostavat noin 10 % maailmankaikkeuden hiilestä, ja niitä ei löydy vain keittiöstäsi, vaan myös ulkoavaruudesta, josta ne löydettiin vuonna 1998. Jopa komeetat ja meteoriitit sisältävät PAH-yhdisteitä. Kuvasta näet, että ne koostuvat useista tai useista toisiinsa liittyneistä hiiliatomirenkaista, jotka on järjestetty eri tavoin muodostamaan erilaisia yhdisteitä. Mitä enemmän renkaita, sitä monimutkaisempi molekyyli, mutta taustalla oleva kuvio on sama kaikille.
Avaruudesta on löydetty sekä yksinkertaisia että monimutkaisia orgaanisia (hiiltä sisältäviä) molekyylejä. Hiili muodostuu punaisten jättiläisten ytimissä, missä se kierretään pintaan ja jaetaan avaruuteen. Luotto: IAC; alkuperäinen kuva Helix Nebulasta (NASA, NOAO, ESA, Hubble Helix Nebula Team, M. Meixner, STScI ja T.A. Rector, NRAO
Kaikki elämä maapallolla perustuu hiileen. Nopea tarkastelu ihmiskehoon paljastaa, että 18,5 % siitä koostuu pelkästään tästä elementistä. Miksi hiili on niin tärkeää? Koska se pystyy sitoutumaan itseensä ja moniin muihin atomeihin monin eri tavoin ja luomaan monia monimutkaisia molekyylejä, joiden avulla elävät organismit voivat suorittaa monia toimintoja. Hiilipitoiset PAH-yhdisteet ovat saattaneet jopa olla mukana elämän evoluutiossa, koska niitä on monissa muodoissa ja mahdollisesti monia tehtäviä. Yksi heistä saattoi olla edistää RNA:n muodostumista ('elämän molekyylin' DNA:n kumppani).
Kansainvälinen tutkijaryhmä on keskittynyt NASAn tutkimukseen pyrkiessään jatkuvasti selvittämään, kuinka yksinkertaiset hiilimolekyylit kehittyvät monimutkaisemmiksi ja mikä rooli näillä yhdisteillä voi olla elämän syntyessä. Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) ja muut värikkäiden PAH-yhdisteiden observatoriot Iris-sumu pohjoisessa tähdistössä Cepheus the King.
Tämä kuva on yhdistelmä kolmesta infrapunavärikuvasta Iris-sumusta (NGC 7023) SOFIAsta (punainen ja vihreä) ja Spitzeristä (sininen), joka näyttää erityyppisiä PAH-molekyylejä sumun eri osissa. Kiitos: NASA/DLR/SOFIA/B. Croiset, Leidenin observatorio ja O. Berné, CNRS; NASA/JPL-Caltech/Spitzer
Bavo Croiset Leidenin yliopistosta Alankomaista ja työryhmä päätti, että kun sumun PAH:t joutuvat sen keskustähden ultraviolettisäteilylle, ne kehittyvät suuremmiksi, monimutkaisemmiksi molekyyleiksi. Tutkijat olettavat, että monimutkaisten orgaanisten molekyylien, kuten PAH:iden, kasvu on yksi elämän syntymiseen johtavista vaiheista.
Vastasyntyneen massiivisen tähden voimakas UV-valo, kuten iirissumua loistava tähti, pyrkii hajottamaan suuret orgaaniset molekyylit pienemmiksi sen sijaan, että ne rakentaisivat niitä, nykyisen näkemyksen mukaan. Tämän idean testaamiseksi tutkijat halusivat arvioida molekyylien koon eri paikoissa suhteessa keskeiseen tähteen.
Tutkimusryhmä käytti NASAn SOFIA-observatoriossa olevaa kaukoputkea, modifioitua Boeing 747:ää, lentääkseen korkealla suurimman osan ilmakehän vesihöyrystä saadakseen paremman kuvan Iris-sumussa olevista PAH-yhdisteistä infrapunavalossa. Kiitos: NASA
Croisetin tiimi käytti SOFIAa päästäkseen suurimman osan ilmakehän vesihöyrystä yli, jotta hän pystyi tarkkailemaan sumua infrapunavalossa, joka on silmillemme näkymätön valo, jonka havaitsemme lämpönä. SOFIA:n instrumentit ovat herkkiä kahdelle infrapuna-aallonpituudelle, joita nämä tietyt molekyylit tuottavat ja joiden avulla voidaan arvioida niiden koko. Ryhmä analysoi SOFIA-kuvia yhdessä Spitzerin infrapuna-avaruusobservatorion, Hubble-avaruusteleskoopin ja Kanada-Ranska-Hawaii-teleskoopin Havaijin suurella saarella aiemmin saamien tietojen kanssa.
Analyysi osoittaa, että PAH-molekyylien koko tässä sumussa vaihtelee sijainnin mukaan selkeästi. Nuorta tähteä ympäröivän sumun keskiontelon molekyylien keskikoko on suurempi kuin ontelon ulkoreunassa olevan pilven pinnalla. He saivat myös yllätyksen: tähden säteily johti monimutkaisten PAH-yhdisteiden määrän nettokasvuun sen sijaan, että ne tuhoutuivat pienemmiksi paloiksi.
Näkymä Iris-sumusta normaalissa tai näkyvässä valossa, jossa näkyy kirkas, nuori keskustähti. Tähden valo valaisee kaasu- ja pölypilviä, jotka osoittavat sumun kukkamaisen muodon. Luotto: Hunter Wilson
Jonkin sisällä julkaistu paperi Tähtitieteessä ja astrofysiikassa ryhmä päätteli, että tämä molekyylikoon vaihtelu johtuu sekä siitä, että jotkin pienimmistä molekyyleistä tuhoutuvat tähden ankaran ultraviolettisäteilykentän vaikutuksesta, että keskikokoisten molekyylien säteilytyksestä, jolloin ne yhdistyvät suuremmiksi molekyyleiksi.
Niin paljon alkaa tähdistä. Ne eivät ainoastaan luo hiiliatomeja biologian perustana, vaan näyttävät myös paimentavan niitä monimutkaisempiin muotoihin. Voimme todella kiittää onnellisia tähtiämme!