Knowing your ABCs: Transient-state molecular dynamics in Astronomy, Biospheres, and Combustion


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2015
End date: 31/12/2018
Funding: 2900000 SEK


Description

En molekyls födelse, liv och död Utan molekyler skulle det inte finnas något liv. Molekyler karakteriserar livet genom att vara byggstenarna i protein och DNA. De utgöra luften vi andas och maten vi äter, men hur skapas och förstörs dessa molekyler? Molekyler är helt enkelt stjärnstoft. I yttre rymden skapas stjärnor genom växelverkan mellan gravitation och moln av väteatomer. Genom att tvinga dessa atomer samman bildas helium. Då kollidera helium atomer med varandra och bildas kol, och genom ytterligare likadana kollisioner bildas syre och slutligen järn. Stjärnan kan inte brinna järnet i kärnan och exploderar våldsamt och stjärnans innehåll blandas åter med stoftmolnet som den föddes ur. H2-molekyler skapade i utkanten av molnet joniseras av kosmisk strålning, och blir H2+, och dessa molekyler också skyddar molnets inre molekyler från omgivningen. H2+ reagerar med H2 och producerar H3+. H3+, den viktigaste jonen i molekylmolnet, reagerar med allt den träffar på, framförallt de kol, syre och kväve atomer kastade ut från döda stjärnor och molekyljoner som CH+, OH+, och NH+ skapas. Dessa molekyler reagerar vidare med vätemolekyler och skapar större och större joner. Men hur avslutas processen? Med hjälp av en liten elektron. Helt nyligen har man upptäckt negativjoner inuti de mörkaste molnen och de kan reagera och binda ihop med positiva joner och överföra en elektron. Denna reaktion genererar en mängd energi i molekylen, den blir instabil, och måste ge ifrån sig sin överskottsenergin. Den bryts sönder: fragmenterar. I vilka fragment delas molekyljonen upp i? Är fragmenten atomer eller en blandning av atomer och molekyler? I föreliggande projekt anser vi att studera detaljerna i dessa fragmentations processer. Frågor rörande de två fundamentala jonerna, H+ och H-, vilket är viktigt för vår förståelse av vad som händer i molekylmolnen måste öka. Eftersom H+ + H- reaktionen enbart innehåller två elektroner kan teoretiker studier av den ge mycket noggranna resultat som kan jämföras med experiment. Vi kan på så sätt testa dessa exakta kvantmekaniska förutsägelser och därifrån bygga modeller för mera komplicerade system, Den för livet på jorden viktigaste molekylen, H2O, har observerats i interstellära moln. Om H3O+ och en negativjon reagerar, skapas då vatten? Det vet vi inte. Hur är det då med mindre molekyler såsom H3+, H2O+ and CH2+? Vi vete att faller helt sönder i en reaktion med en frielektron men hur går det med en negativjon? Bryts alla bindningarna samtidigt eller en efter en? Ett av målen med detta projekt är att i detalj studera denna explosionsartade fragmentering, så att mer information erhålls om reaktionens fundamentala dynamik: Hur fördelas energin, hur vibrerar och böjer sig molekylen, hur bryts en av bindningarna före de andra? Dessa reaktioner spelar en stor roll i planetatmosfärer. Konsekvenserna är många, både vetenskapligt vackra och lärorika. Hur skapas moln och aerosoler och syraregn? Är det reaktioner mellan klusterjoner som H+(H2O)(bas) + NO3-(H2O)(syra)? Den planerade forskningen ska undersöka vad som händer om jonen är varm eller kall - produceras fler eller färre atomer som kan sända ut fotoner? Information av detta slag leder till kunskap om de områden i atmosfären som skapar dessa fotoner och snabba atomer. På ytan av planeter, och i våra kroppar, omger sig jonerna med neutrala molekyler så att de är skyddade mot yttre elektroner. Men när jonen reagerar med en elektron, reagerar den även med de omgivande molekylerna? Denna information är vital ifall vi önskar förstå frågor som behandlar allt från skapandet av moln till händelser i ett protein. Detta projekt kommer att använda sig av enkla modellsystems för att undersöka denna växelverkan.

Last updated on 2017-22-03 at 07:13