RIVOLUZIONE SULLA "CHIMICA" DELL'UNIVERSO?

Uno studio di un gruppo di chimici della Università Statale di Milano scopre e definisce il processo, alternativo a quello finora ipotizzato, alla base della formazione dell’idrogeno molecolare nella polvere del mezzo interstellare.

L’idrogeno è la molecola più abbondante nell'Universo e condiziona i processi di formazione stellare e molta della chimica che avviene nelle regioni a bassissima densità presenti tra una stella e l'altra, il cosiddetto mezzo interstellare. In questo ambiente, sono state individuate più di cento molecole, alcune molto complesse, e si stanno cercando possibili indizi circa l'inizio della vita.

Da tempo si è capito che la formazione di idrogeno molecolare nell'universo moderno è un processo troppo efficiente per avvenire in fase gassosa ed è comunemente accettato che esso avvenga sulla superficie dei grani di polvere presenti nel mezzo interstellare.

Nel lavoro si è studiato in dettaglio uno dei possibili meccanismi di reazione col quale l'idrogeno molecolare si forma sulla superficie dei grani di polvere del mezzo interstellare

Questa polvere è frutto dei processi di combustione interna delle stelle, (un po’ come il nerofumo prodotto da una candela accesa) ed è costituita da grani di diversa grandezza (fino a 100 nm), osservabili spettroscopicamente. Fra questi, i più grandi sono silicati (lo stesso costituente delle nostre rocce) ricoperti da materiale carbonioso, mentre i più piccoli sono semplice "fuliggine" (ancora materiale carbonioso), la cui attività catalitica è per certi versi assimilabile a quella della grafite.

Per questo, diversi ricercatori stanno studiato sia teoricamente che in laboratorio la formazione di idrogeno su superfici "grafitiche", in condizioni simili a quelle del mezzo interstellare. Tuttavia, il meccanismo comunemente accettato, secondo il quale H2 si forma quando

due atomi di idrogeno si legano alla superficie e si muovono casualmente su di essa fino ad incontrarsi, può funzionare solo in una finestra di temperature dei grani molto ridotte (10-20 K), perché gli atomi di H devono essere debolmente legati ("fisisorbiti") per avere una buona mobilità e quindi evaporano anche facilmente.

Il gruppo dei chimici dell’Università Statale di Milano, coordinato da Rocco Martinazzo, sta studiando da tempo un processo alternativo, secondo il quale alla base della formazione dell’idrogeno molecolare vi sarebbe un atomo di H proveniente dalla fase gassosa che "strapperebbe" un secondo atomo di H legato chimicamente al grano di polvere. Finora tuttavia la complessità del problema non aveva permesso di stabilire quantitativamente l'efficienza di questo processo.

In questo lavoro pubblicato su PNAS - grazie anche ad uno sforzo computazionale considerevole che ha coinvolto il centro di High Perfomance Computing della stessa Università Statale - si è riusciti a prendere in corretta considerazione tutti i possibili fattori che determinano l'efficienza del processo, e si è finalmente ottenuta la velocità di reazione con ragionevole precisione.

Il valore ottenuto per questa grandezza spiegherebbe da solo le osservazioni spettroscopiche in diverse regioni di spazio (sia quelle fredde che quelle più calde - cosiddette foto-dominate - dove l'efficiente formazione di H2 era rimasta finora inspiegata) se si assume, come pare ragionevole, che i grani siano ricchi di difetti e che l'idrogeno atomico possa legarsi facilmente a questi.

Fonte: PNAS

www.pnas.org/content/early/2013/04/08/1301433110.full.pdf

Per approfondire:
Prof. Rocco Martinazzo
Dipartimento di Chimica
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Anna Cavagna
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