.
Quem somos nós? Por que estamos aqui? Como a música de Crosby, Stills, Nash & Young sugere, somos poeira estelar, o resultado da química que ocorre em vastas nuvens de gás e poeira interestelar. Para entender melhor como essa química poderia criar moléculas prebióticas — as sementes da vida na Terra e possivelmente em outros lugares — os pesquisadores investigaram o papel dos elétrons de baixa energia criados quando a radiação cósmica atravessa partículas de gelo. Suas descobertas também podem informar aplicações médicas e ambientais em nosso planeta natal.
O estudante de graduação Kennedy Barnes apresentará os resultados da equipe na reunião de outono da American Chemical Society (ACS).
“A primeira detecção de moléculas no espaço foi feita pela ex-aluna do Wellesley College, Annie Jump Cannon, há mais de cem anos”, diz Barnes, que, com o colega de graduação Rong Wu, liderou este estudo em Wellesley, orientado pelo professor de química Christopher Arumainayagam e pelo professor de física James Battat. Desde a descoberta de Cannon, os cientistas têm se interessado em descobrir como as moléculas extraterrestres se formam. “Nosso objetivo é explorar a importância relativa dos elétrons de baixa energia versus fótons na instigação das reações químicas responsáveis pela síntese extraterrestre dessas moléculas prebióticas”, explica Barnes.
Os poucos estudos que anteriormente sondaram essa questão sugeriram que tanto elétrons quanto fótons podem catalisar as mesmas reações. Estudos de Barnes e colegas, no entanto, sugerem que o rendimento da molécula prebiótica de elétrons e fótons de baixa energia pode ser significativamente diferente no espaço. “Nossos cálculos sugerem que o número de elétrons induzidos por raios cósmicos dentro do gelo cósmico pode ser muito maior do que o número de fótons atingindo o gelo”, explica Barnes. “Portanto, os elétrons provavelmente desempenham um papel mais significativo do que os fótons na síntese extraterrestre de moléculas prebióticas.”
Além do gelo cósmico, sua pesquisa sobre elétrons de baixa energia e química de radiação também tem aplicações potenciais na Terra. Barnes e colegas estudaram recentemente a radiólise da água, encontrando evidências de liberação estimulada por elétrons de peróxido de hidrogênio e radicais hidroperoxil, que destroem o ozônio estratosférico e agem como espécies reativas de oxigênio prejudiciais nas células.
“Muitas das nossas descobertas de pesquisa sobre radiólise de água podem ser usadas em aplicações médicas e simulações médicas”, Barnes compartilha, oferecendo o exemplo do uso de radiação de alta energia para tratar câncer. “Uma vez, um professor de bioquímica me disse que os humanos são basicamente sacos de água. Então, outros cientistas estão investigando como elétrons de baixa energia produzidos na água afetam nossas moléculas de DNA.”
Ela também diz que as descobertas da equipe são aplicáveis aos esforços de recuperação ambiental onde as águas residuais estão sendo tratadas com radiação de alta energia, o que produz um grande número de elétrons de baixa energia que são considerados responsáveis pela destruição de produtos químicos perigosos.
Voltando à química espacial, na tentativa de entender melhor a síntese de moléculas prebióticas, os pesquisadores não limitaram seus esforços à modelagem matemática; eles também testaram sua hipótese imitando as condições do espaço no laboratório. Eles usam uma câmara de ultra-alto vácuo contendo um substrato de cobre ultrapuro que eles podem resfriar a temperaturas ultrabaixas, junto com uma arma de elétrons que produz elétrons de baixa energia e uma lâmpada de plasma acionada por laser que produz fótons de baixa energia. Os cientistas então bombardeiam filmes de gelo em nanoescala com elétrons ou fótons para ver quais moléculas são produzidas.
“Embora tenhamos focado anteriormente em como essa pesquisa é aplicável a partículas de gelo submicrônicas interestelares, ela também é relevante para o gelo cósmico em uma escala muito maior, como o da lua Europa, de Júpiter, que tem uma camada de gelo de 32 quilômetros de espessura”, diz Barnes.
Assim, ela sugere que suas pesquisas ajudarão os astrônomos a entender dados de missões de exploração espacial, como o Telescópio Espacial James Webb da NASA, bem como o Europa Clipper, inicialmente previsto para ser lançado em outubro de 2024. Barnes espera que suas descobertas inspirem outros pesquisadores a incorporar elétrons de baixa energia em seus modelos astroquímicos que simulam o que acontece dentro dos gelos cósmicos.
Barnes e colegas também estão variando a composição molecular de filmes de gelo e explorando reações de adição de átomos para ver se elétrons de baixa energia podem produzir outras químicas prebióticas. Este trabalho está sendo realizado em colaboração com pesquisadores do Laboratory for the Study of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres na França.
“Há muitas coisas que estamos prestes a aprender, o que acho muito emocionante e interessante”, diz Barnes, promovendo o que ela descreve como uma nova Era Espacial.
A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA, pela Fundação Arnold e Mabel Beckman, pelo Wellesley College Faculty Awards, pelas bolsas Brachman Hoffman e pela Cátedra Nancy Harrison Kolodny ’64.
.
