Az előzőekben vázoltak szerint keletkezett elemek felhalmozódnak a csillagközi térben, illetve néhány képviselőjük ott helyben alakul ki, amelyek a továbbiakban molekulákká kombinálódnak.

Az eddigi megfigyelések alapján kb.150 különböző molekulát sikerült azonosítani a csillagközi térben, köztük olyan hosszú láncú alkotórészeket is, mint pl. a glikoaldehidet (HOCH₂CHO). A földi élet keletkezéséhez szükséges összetett szerves molekulák közül sok a csillagközi térben is előfordul - akár onnan is érkezhettek bolygónkra. Fontos esemény volt a molekulák között az egyik egyszerű aminosav: a glicin (NH₂CH₂COOH) bizonytalan azonosítása 1994-ben, majd megerősítése 2004-ben. Egy változatos csillagközi felhőben, a Saggitarius B52-ben mutatkozott, ahol sok egyéb érdekes összetevő található, mint például az acetamid (CH₃CONH₂), a ciklopropenon (H₂C₃O), a propenal (CH₂CHCHO), a propanal (CH₃CH₂CHO), a ketenimin (CH₂CNH).

Általánosságban elmondható, hogy 6-8 atomnál hosszabb láncú molekulákat ritkán sikerül azonosítani, részben színképvonalaik összetett jellege miatt, részben mert a felhőknek a sűrű, nehezen megfigyelhető részeiben jellemzőek. A csillagközi molekulák térbeli elterjedéséről még kevés ismeretünk van, de feltételezhető, hogy az eltérő csillagközi felhők a bennük jellemző molekulákat tekintve különböznek egymástól.

Csillagközi molekulák kialakulása

Az összetett molekulák kialakulását nagyenergiájú folyamatok, fennmaradását pedig nyugodt, csendes környezetek segítik. A változásokat a csillagok rövid hullámhosszú, elsősorban ultraibolya sugárzása, emellett energetikus kozmikus sugarak (nagy sebességű atommagok), továbbá a csillagközi gázban haladó lökéshullámok okozzák - mindezek részben kialakítják, részben le is bontják a molekulákat.

A csillagközi molekulák fejlődése szempontjából fontos hatásokat a mellékelt ábra összegzi. A létrejött molekulák fennmaradásának a sűrű molekulafelhők kedveznek, amelyek külső rétege árnyékolja az ionizáló sugárzást. Itt a belső tartományokban a hőmérséklet 10-50 K, a sűrűség elérheti a több ezer molekula/cm³-t. Az ilyen molekulafelhők mérete nagyságrendileg 100 fényév, tömegük pedig körülbelül tízezer és egymillió naptömeg közötti.

A reakciók a felhőkben kétfajta környezetben zajlanak: gáz fázisban, valamint szilárd szemcséken és azok belsejében. A gáz fázisú reakciókat elősegíthetik az elsősorban a kozmikus sugaraktól keletkező különféle ionok. Emellett fontos az atomos állapotú nitrogén is, amelyből az üstökösmagok és a meteoritok elemzése alapján több lehet a csillagközi térben, mint az inaktívabb molekuláris változatból. A gáz fázisban létrejött molekulák között gyakoriak a telítetlen, azaz többszörös kötést tartalmazók, főleg a szénatomoknál.

A másik fontos környezetet a nagyságrendileg mikrométeres méretű szilárd szemcsék adják. Ezek részben jegekből, főleg amorf szerkezetű vízjégből állnak, továbbá jelentős a szén-monoxid, a szén-dioxid, a metanol és az ammónia-tartalmuk. A jegek mellett fontos szilárd összetevők a szén alapú grafit, a fullerén szemcsék, valamint a különféle szilikátok. A poranyagot elsősorban vörös óriás és szuperóriás csillagok, széncsillagok, valamint szupernóvák szórják szét.

A porszemcsék és a hozzájuk kapcsolódó anyagok fejlődésének három egyszerűsített, jellemző fázisa: porszemcse keletkezése, gázok kikondenzálódása, kivált anyagok átalakulása. A 2. és 3. fázis váltakozva is előfordulhat, réteges szerkezetű szemcséket produkálva (MCSE)

A szilárd szemcsék koncentrálják a molekulákat, a rajtuk kialakuló molekulák általában telítettek, és több atom kapcsolódik össze bennük, mint ami a gáz fázisban jellemző. A szemcsék felületén és belsejében a kozmikus sugaraktól és ultraibolya sugárzástól összetett molekulák kombinálódnak. A szemcsefelszíni reakciókat elősegítheti, hogy feltehetőleg eltérő molekulák vannak egymás mellett, amelyek együtt melegszenek fel megfelelő viszonyok esetén.

Laborkísérletekben a szemcséken H, O és CO jelenlétében CO₂ és CH₃OH, valamint egyéb molekulák kialakulását sikerült megfigyelni. A szemcse jégburkának elszublimálásával ezek kikerülnek az űrbe, és gáz fázisban lebomolhatnak, de tovább is fejlődhetnek. Az elméleti modellek alapján a gáz fázisú és a szemcséken, illetve azok belsejében lezajló folyamatok egyaránt szükségesek a csillagközi térben megfigyelt molekulák (pl. dimetil-éter, dietil-éter) kialakulásához.

A molekulafelhők melegebb régióiban a gáz fázisban is több a telített kötéseket mutató molekula, itt sok szemcse jégburka szublimálhat el, kieresztve a korábban ott született anyagokat. Az egyes molekulák eloszlásában eltérések mutatkoznak, mivel sok tényező befolyásolja a kialakulásukat. Más folyamatok jellemzőek a felhők sűrű magjaiban, a ritkább peremvidékükön, a fiatal csillagok anyagkilövelléseiben és a gázokon áthaladó lökéshullámoknál. Mivel a kialakult molekulák vándorolnak és a környezeti hatások időben is változnak, ezért a csillagközi vegykonyha igen változatos.

Fontos szerves összetevők

Sok olyan szerves molekula található a csillagközi térben, amelyekkel megegyezők mai ismereteink szerint szerepet játszottak a földi élet születését megelőző, ún. prebiotikus fejlődésben. A megfigyelések alapján nitrilek, aldehidek, savak, alkoholok, cukrok, éterek, ketonok és egyéb hosszú molekulaláncú szénhidrogének egyaránt megjelennek a csillagközi felhőkben.

A csillagközi térben lévő szerves anyagok között fontos csoportot alkotnak az ún. policiklusos aromás szánhidrogének, a PAH-ok (Policyclic Aromatic Hydrocarbons). Ezek feltehetőleg hűvös csillaglégkörökben keletkeznek, majd onnan csillagszelekkel jutnak ki az űrbe. A PAH-okból további kémiai reakciókkal sokféle szerves molekula képződhet.

PAH molekulák (NASA)

Elképzelhető, hogy a PAH-ok felelnek az ún. diffúz csillagközi sávok (Diffuse Interstellar Bands, DIB) létéért. Egyes megfigyelések, főleg a Spitzer űrteleszkóppal végzett mérések alapján PAH-ok viszonylag korán, már a Nagy Bummot követően 3-4 milliárd évvel azonosíthatók az intenzív csillagkeletkezést mutató galaxisokban.

Fontos további kérdés, hogy milyen a csillagközi térben előforduló anyagok, elsősorban az aminosavak kiralitása. Két azonos összetételű és szerkezetű molekula nem minden esetben hozható fedésbe egymással egyszerű elforgatással - hasonlóan ahhoz, mint amikor két kézfejet akarnánk fedésbe hozni. Két bal kézfej felépítése megegyezik, és azonos helyzetbe fogatva fedésbe hozhatók. Ugyanakkor bár egy bal és egy jobb kézfej szerkezete megegyezik, mégsem hozhatók fedésbe, mivel egymás tükörképei. Hasonló a helyzet a molekuláknál, például az aminosavaknál, amelyek azonos összetételű képviselői között balos és jobbos összetevők különíthetők el.

A földi élőlények valamilyen okból kifolyólag a balos aminosavakat részesítik előnyben. Elképzelhető, hogy a földi élőlényeknél megfigyelt balos aminosavak többlete már a csillagközi térben kialakul. Bár erre még nincsen bizonyíték, többletet okozhat például az egyik irányban körkörösen polarizált ultraibolya sugárzás dominanciája. Az ilyen sugárzás könnyebben bontja le a balos vagy a jobbos molekulákat. A körkörös polarizációt orientált helyzetű porszemek okozhatják, amelyek irányított térbeli helyzete például mágneses tér következtében alakulhat ki.

A hatást laboratóriumi körülmények között már sikeresen reprodukálták, de csak minimális eltérést okoz a balos vagy jobbos molekulák arányában. Jóllehet egyes meteoritokban kimutatható többségben vannak az adott kiralitású aminosavak, ez csak csekély arányban jellemző (lásd a kurzus későbbi részében). Emellett számtalan egyéb, a földi őslevesben zajló folyamat is létrehozhatta a balos aminosavak dominanciáját bolygónkon - azért utóbbira egyelőre nincs biztos magyarázat.

Két hét múlva, az asztrobiológia kurzus legközelebbi részében az anyagfejlődés következő fázisáról, a bolygók keletkezéséről és az exobolygók általános jellemzőiről olvashatnak.

Csillagászati szakkör indul fiataloknak

Szeptember 20-án, délután 18 órakor tartja első foglalkozását a középiskolásoknak szóló csillagászati szakkör a Polaris Csillagvizsgálóban (Budapest, III. ker., Laborc u. 2/C). A szakkörön a diákok előadásokat hallgathatnak, részt vehetnek a Polaris Csillagvizsgálóban tartott bemutatásokban, illetve a csillagda távcsöveivel megfigyeléseket végezhetnek.

A foglalkozások csütörtökönként 18 órától kb. este fél nyolcig, észlelés esetén tetszőlegesen tovább tartanak. A szakkört Horvai Ferenc csillagász vezeti.