Idrogeno e polvere interstellare: un lavoro sulla “chimica”
dell’Universo
Uno studio di un gruppo di chimici della 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.
Lavoro su PNAS.
http://www.pnas.org/content/early/2013/04/08/1301433110.full.pdf
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 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 - grazie anche ad uno sforzo computazionale considerevole
che ha coinvolto il centro di High Perfomance Computing di riferimento di
Ateneo - 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.
Per approfondire:
Prof. Rocco Martinazzo
Dipartimento di Chimica
Tel. +39 0250314287
http://users.unimi.it/cdtg/rocco
