October 28, 2021
Menangkap Ion Negatif di Ruang Antarbintang

Menangkap Ion Negatif di Ruang Antarbintang

Bagaimana molekul bermuatan negatif tercipta di lingkungan antarbintang?

Awan antarbintang adalah tempat kelahiran bintang-bintang baru, tetapi mereka juga memainkan peran penting dalam asal usul kehidupan di Alam Semesta melalui wilayah debu dan gas tempat senyawa kimia terbentuk. Kelompok penelitian, sistem molekul, yang dipimpin oleh pemenang hadiah ERC Roland Wester di Institut fisika ion dan fisika terapan di Universitas Innsbruck, telah menetapkan sendiri tugas untuk lebih memahami perkembangan molekul dasar di ruang angkasa.

“Sederhananya, perangkap ion kami memungkinkan kami untuk menciptakan kembali kondisi di ruang angkasa di laboratorium kami,” jelas Roland Wester. “Alat ini memungkinkan kami untuk mempelajari pembentukan senyawa kimia secara detail.” Para ilmuwan yang bekerja dengan Roland Wester kini telah menemukan penjelasan tentang bagaimana molekul bermuatan negatif terbentuk di ruang angkasa.

Roland Wester dan Malcolm Simpson

Fisikawan Roland Wester (kiri) dan Malcolm Simpson (kanan) mendemonstrasikan bagaimana keadaan terikat dipol memungkinkan ion negatif terbentuk di awan antarbintang. Kredit: Bryan Goff di Unsplash / AG Wester

Sebuah ide yang dibangun di atas landasan teoretis

Sebelum penemuan molekul karbon bermuatan negatif pertama di ruang angkasa pada tahun 2006, diasumsikan bahwa awan antarbintang hanya mengandung ion bermuatan positif. Sejak itu, telah menjadi pertanyaan terbuka bagaimana ion bermuatan negatif terbentuk. Ahli teori Italia Franco A. Gianturco, yang telah bekerja sebagai ilmuwan di Universitas Innsbruck selama delapan tahun, mengembangkan kerangka teori beberapa tahun lalu yang dapat memberikan penjelasan yang mungkin. Keberadaan keadaan terikat lemah, yang disebut keadaan terikat dipol, seharusnya meningkatkan perlekatan elektron bebas ke molekul linier. Molekul tersebut memiliki momen dipol permanen yang memperkuat interaksi pada jarak yang relatif jauh dari inti netral dan meningkatkan laju penangkapan elektron bebas.

Mengamati keadaan terikat dipol di laboratorium

Dalam percobaan mereka, fisikawan Innsbruck menciptakan molekul yang terdiri dari tiga atom karbon dan satu atom nitrogen, mengionisasinya, dan membombardirnya dengan sinar laser dalam perangkap ion pada suhu yang sangat rendah. Mereka terus-menerus mengubah frekuensi cahaya sampai energinya cukup besar untuk mengeluarkan elektron dari molekul.

Albert Einstein menggambarkan apa yang disebut efek fotolistrik ini 100 tahun yang lalu. Analisis mendalam dari data pengukuran oleh peneliti tahap awal Malcolm Simpson dari program pelatihan doktoral, atom, cahaya, dan molekul di University of Innsbruck akhirnya menjelaskan fenomena yang sulit diamati ini. Perbandingan data dengan model teoretis akhirnya memberikan bukti yang jelas tentang keberadaan keadaan terikat dipol.

“Interpretasi kami adalah bahwa keadaan terikat dipol ini mewakili semacam pembuka pintu untuk pengikatan elektron bebas ke molekul, sehingga berkontribusi pada penciptaan ion negatif di ruang angkasa,” kata Roland Wester. “Tanpa langkah perantara ini, sangat tidak mungkin elektron akan benar-benar mengikat molekul.”

Referensi: “Pengaruh Momen Dipol Listrik Superkritis terhadap Fotodetasemen C3tidak” oleh Malcolm Simpson, Markus Nötzold, Tim Michaelsen, Robert Wild, Franco A. Gianturco dan Roland Wester, 19 Juli 2021, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.043001

Pekerjaan itu didukung oleh Dana Sains Austria FWF, yang juga mendanai program PhD Atom, Light and Molecules (ALM) di University of Innsbruck.