Proč jsou v mezihvězdném prostoru molekuly, které tam nemají co dělat?

Položili jste si někdy otázku, jak se mohly některé molekuly vytvořit ve vesmíru, který by pro průběh příslušných chemických reakcí měl být příliš chladný? Jedna z teorií předpokládá, že reakce mezi atomy mohou proběhnout, když se přichytí na obalu kosmického prachového zrnka. To by jim totiž mohlo dát dostatek času na získání potřebné reakční energie a vytvoření vazeb mezi atomy.

Ne všechny reakce však lze takto vysvětlit. Loni astronomové objevili metoxylový radikál (CH₃O˙) – molekulu obsahující uhlík, vodík a kyslík – ve velkém molekulárním mračnu v souhvězdní Perseus, vzdáleném 600 světelných let od Země. Na to, aby mohl hydroxylový radikál (OH˙) zreagovat s metanolem, jednou z nejrozšířenějších organických molekul ve vesmíru, a vytvořit tak radikál CH₃O˙, je nutné překonat energetickou bariéru, což podle klasické chemické kinetiky není ve studeném vesmíru možné.

Proto se vědci obrátili s vysvětlením na kvantovou mechaniku. Dwayne Heard z Univerzity v Leedsu ve Velké Británii tvrdí, že proces známý jako tunelový jev dává šanci hydroxylovému radikálu, aby s určitou pravděpodobností prošel skrz potenciálovou bariéru (odtud také pochází označení tunelování), aniž by musel mít dostatečně vysokou energii nutnou k překonání bariéry. Již Max Born rozpoznal, že kvantové tunelování není jev související pouze s jadernou fyzikou, ale že se jedná o obecný jev vyplývající z kvantové mechaniky, jehož projevy lze nalézt u různých systémů.

Kvantové tunelování až dosud vysvětlovalo, jak probíhají extrémní chemické reakce v horkých jádrech hvězd, ale toto je poprvé, co byl kvantovým tunelováním vysvětlen mechanismus, který umožňuje, aby „nemožné“ chemické reakce probíhaly i v nejchladnějších koutech vesmíru. (Shannon et al.: Accelerated chemistry in the reaction between the hydroxyl radical and methanol at interstellar temperatures facilitated by tunnelling.

Nature Chemistry, published online June 30, 2013; DOI: 10.1038/nchem.1692

Viz rovněž poznámku ve Vesmíru 92, 657, 2013/12