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플로리다 국제 대학(Florida International University)과 하와이 대학(University of Hawaii)의 연구진은 우주에서 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon, PAH)가 어떻게 발생하는지를 알기 위해서 한 번에 한 개의 고리를 만드는 방식으로 이 분자를 합성했다. 또한 이번 연구진은 복잡한 탄화수소가 아세틸렌과 결합할 때 발생하는 화학적 반응을 조사했다. PAH는 우리 은하에 존재하는 모든 탄소의 20%를 차지하고 있다. PAH는 일부 탄소성 운석에서 발견된다. 과학자들은 분자량 성장 과정을 조절함으로써 분자량이 낮은 PAH가 낮은 중량을 가진 PAH로 형성될 수 있다고 믿고 있다. 우주, 특히 우리 은하에서 복잡한 탄소 기반 화합물이 어떻게 형성되어 있을까? 그래서 이번 연구진은 피렌(pyrene)과 같은 PAH의 합성을 추적하는 새로운 실험을 진행했다. 이 연구는 피렌으로 형성된 2차원 그래핀이 분자량 증가로 인해서 어떻게 더 복잡한 PAH로 형성될 수 있는지를 설명하고 있다. 이 연구는 버클리 연구소의 ALS(Advanced Light Source)에서 수행되었다. 가스 혼합물을 마이크로반응기에 주입하고 샘플을 별 주위 온도만큼 가열했다. 그 후에 샘플 속의 분자들을 이온화하기 위해서 가열된 가스 혼합물 위에 진공 자외선을 집속시켰다. 이온화 후에 생성된 입자의 도착 시간을 측정하는 탐지기를 사용함으로써 화학 반응을 분석했다. 이 도착 시간은 부모 분자의 특성을 밝히고 반응의 중간 단계를 확인할 수 있게 한다. 이 실험은 4 개의 고리 분자(피렌)가 3 개의 고리 분자(페난트렌)으로 제조될 수 있다는 것을 보여주었다. 즉, 고리형 분자의 큰 사슬과 2차원 그래핀형 구조는 동일한 공정을 통해서 형성될 수 있다는 것을 보여주었다. 이 연구결과는 우리 은하의 탄소 분자에 대한 더 나은 이해와 PAH 합성을 위한 분자 수준의 프로세스를 더 잘 알 수 있게 한다. 이것은 우주에서 진화된 최초의 탄소 기반 구조 중의 일부일 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Astronomy에 ldquo;Pyrene synthesis in circumstellar envelopes and its role in the formation of 2D nanostructures rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/s41550-018-0399-y). |
