Der Kuipergürtel ist eine massive Scheibe aus Eiskörpern, darunter Pluto, die sich knapp außerhalb der Neptunbahn in unserem Sonnensystem befindet. Im Kuipergürtel beobachtete Objekte weisen eine vielfältigere Farbpalette auf als jede andere Population im Sonnensystem, wobei die Farben von Weiß bis Dunkelrot reichen. Während die Quelle dieser Farbvielfalt unbekannt ist, haben Wissenschaftler spekuliert, dass sie wahrscheinlich das Ergebnis der längeren Strahlungseinwirkung organischer Materialien durch galaktische kosmische Strahlung ist.
Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern der University of Hawaiʻi am Department of Chemistry von Mānoa hat die Umgebung im Kuipergürtel nachgebildet, um herauszufinden, was die Farbvielfalt in kohlenwasserstoffreichen Oberflächen von Kuipergürtelobjekten verursacht, und bietet damit eine Lösung für ein seit langem bestehendes Problem Problem in der Astrophysik. Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte am 31. Mai.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Ralf I. Kaiser führte die Spitzenforschung an der UH Mānoa durch. Sie verwendeten Ultrahochvakuum-Bestrahlungsexperimente und führten umfassende Analysen durch, um die Farbentwicklung und ihre Quelle auf molekularer Ebene zu untersuchen, während galaktische kosmische Strahlung Kohlenwasserstoffe wie Methan und Acetylen unter Kuipergürtel-ähnlichen Bedingungen verarbeitete.
Es wurde festgestellt, dass aromatische (organische Moleküle mit kondensierten Benzolringen) Struktureinheiten mit bis zu drei Ringen, beispielsweise in den chemischen Verbindungen Phenanthren, Phenalen und Acenaphthylen, die durch wasserstoffarme Brücken untereinander verbunden sind, eine Schlüsselrolle bei der Erzeugung rötlicher Farben spielen . Die UH-Experimente demonstrierten den Grad der molekularen Komplexität der galaktischen kosmischen Strahlung, die Kohlenwasserstoffe verarbeitet, und lieferten Einblicke in die Rolle, die das der Strahlung ausgesetzte Eis bei der frühen Produktion biologischer Vorläufermoleküle spielt, Molekülen, die an einer chemischen Reaktion teilnehmen, die ein anderes Molekül erzeugt.
„Diese Forschung ist ein entscheidender erster Schritt, um die Träger der molekularen Einheiten, die für die kohlenwasserstoffreichen Oberflächen von Kuipergürtel-Objekten verantwortlich sind, systematisch zu entschlüsseln“, sagte Kaiser. „Da astronomische Entdeckungen beispielsweise auch Ammoniak, Wasser und Methanol auf den Oberflächen von Kuipergürtel-Objekten entdeckten, werden weitere Experimente zur kosmischen Strahlungsverarbeitung dieser Eise hoffentlich die Natur der wahren Farbvielfalt von Kuipergürtel-Objekten auf dem Molekül enthüllen.“ eben.“
Das Forschungsteam bestand aus Ralf I. Kaiser, Chaojiang Zhang, Cheng Zhu, Andrew M. Turner und Ivan O. Antonov von UH Mānoa; Adrien D. Garcia und Cornelia Meinert von der Universität Côte d’Azur in Frankreich; Leslie A. Young vom Southwest Research Institute in Colorado; und David C. Jewitt von der UCLA, der zuvor am Institute for Astronomy der UH arbeitete.
Mehr Informationen:
Chaojiang Zhang et al., Verarbeitung von Methan- und Acetyleneis durch galaktische kosmische Strahlung und Auswirkungen auf die Farbvielfalt von Kuipergürtelobjekten, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg6936