Cientistas encontraram novos meios de formação da ‘molécula que fez o universo’

O universo, como o conhecemos, surgiu há aproximadamente 13,8 bilhões de anos, quando o Big Bang desencadeou uma expansão que deu origem ao hidrogênio e ao hélio, possibilitando as primeiras nuvens de gás que ajudaram na formação dos objetos celestes. Pouco depois, surgiram moléculas essenciais para o desenvolvimento do universo.

Resumidamente, as estrelas se formaram primeiro, seguidas pelos planetas e outros corpos celestes. Além disso, muito depois do Big Bang, surgiu a molécula fundamental conhecida como trihidrogênio (H3+), considerada essencial para a formação estelar e para a síntese de compostos químicos no universo primitivo.

Em um novo estudo publicado na revista científica Nature Communications, uma equipe de cientistas da Universidade Estadual de Michigan (MSU) realizou uma análise aprofundada para compreender melhor o papel do H3+, também apelidado de “a molécula que fez o universo”.

Atualmente, a ciência reconhece que o trihidrogênio teve um papel essencial na formação estelar, mas os pesquisadores querem aprofundar o entendimento sobre sua influência na química do cosmos. Inclusive, um dos principais objetivos do estudo foi identificar novos caminhos para a formação dessa molécula.

A comunidade científica já identificou o principal mecanismo de formação do H3?: originalmente, a molécula surgiu quando o hidrogênio molecular (H2) colidiu com sua versão ionizada (H2+). Porém, novos estudos revelaram um método alternativo, no qual o trihidrogênio pode se formar a partir de moléculas orgânicas duplamente ionizadas.

Pesquisas anteriores da MSU já haviam encontrado evidências de outros processos envolvendo essa molécula.  Mas para os cientistas, as novas descobertas podem contribuir para uma compreensão mais aprofundada do tema.

“H3+ é uma molécula pequena que pode não ser tão importante para nós na Terra quanto água ou proteínas, mas é uma molécula que realmente queremos entender em termos de sua abundância no universo, como é produzida e quão rápidas são suas reações químicas”, disse o professor do Departamento de Química da MSU Research Foundation, Piotr Piecuch, em um comunicado oficial.

A “molécula que fez o universo”

A equipe de cientistas identificou um novo caminho para a formação do H3+, por meio de um mecanismo de roaming em moléculas duplamente ionizadas. Nesse processo, a molécula é exposta a uma alta quantidade de energia, como a de raios cósmicos ou lasers de alta potência, e perde dois elétrons.

Antes dessa descoberta, os pesquisadores acreditavam que moléculas duplamente ionizadas deveriam se fragmentar violentamente ao serem expostas a essa quantidade de energia. Contudo, o que ocorreu foi a formação de H2 dentro da estrutura, que acabou vagando pela molécula até capturar um próton extra e se transformar em H3+.

O novo estudo analisou a formação do H3+ em compostos conhecidos como metil-halogenetos e pseudohalogenetos.

Os autores afirmam ter demonstrado que o hidrogênio não se dispersou imediatamente, mas permaneceu vagando na estrutura por um tempo significativo até capturar um próton extra — um resultado bastante incomum dentro do conhecimento atual sobre o tema.

Não é à toa que H3+ é chamado de ‘a molécula que fez o universo’. Para ilustrar esses resultados de forma visual, os pesquisadores realizaram simulações computacionais e criaram animações que mostram, em tempo real, as reações responsáveis por sua formação.

Os autores também confirmaram outras moléculas capazes de formar H3+ por meio da ionização dupla e identificaram algumas que não geram o mesmo resultado. Com isso, eles conseguiram desenvolver um conjunto de regras que auxilia na identificação de compostos orgânicos com potencial para produzir trihidrogênio através desse mecanismo.

Para obter esses resultados, o grupo utilizou uma combinação de espectroscopia a laser ultrarrápida e química computacional de última geração. Dessa forma, conseguiram validar seus cálculos teóricos por meio de experimentos que confirmaram as descobertas.

“O hidrogênio é o elemento mais comum no universo, então o encontro de H2 com H2+ ainda é a chave. No entanto, há tantas moléculas orgânicas nessas nuvens moleculares difusas que é possível que muito H3+ainda esteja sendo formado pelos processos que estudamos”, disse outro coautor e professor da MSU, Marcos Dantus.

Por que o trihidrogênio (H3+) é tão importante?

Até recentemente, os cientistas conheciam apenas o método tradicional de formação do H3+, mas os novos resultados sugerem que outros mecanismos no universo também podem possibilitar sua criação. Se isso for confirmado, o trihidrogênio pode ser muito mais abundante no cosmos do que se pensava anteriormente.

Diversas reações químicas no espaço ocorrem porque o H3+ atua como um tipo de reagente. Por exemplo, ele desempenhou um papel fundamental no nascimento das primeiras estrelas e na formação de moléculas orgânicas, que eventualmente contribuíram para os blocos de construção da vida como a conhecemos.

Segundo a equipe, as descobertas podem auxiliar diversos cientistas que estudam o impacto do H3+ no meio interestelar. Esse tema, inclusive, é amplamente debatido na comunidade astroquímica.

“Mesmo que haja apenas alguns por cento a mais de moléculas de H3+ no universo devido aos pequenos compostos orgânicos que nós e outros estudamos, os modelos que os cientistas usam para estudar processos como a formação de estrelas podem ter que ser revisitados”, Piecuch acrescenta.

Os elementos que compõem o universo surgiram em processos cósmicos extremos, e muitos deles são encontrados apenas no espaço. Quer saber mais? Entenda por que os elementos abundantes no Universo são tão raros na Terra. Até a próxima!