Prachové částice se nachází v hustých molekulových oblacích, kde je velice nízká teplota a na vesmírné vakuum docela vysoká hustota. Nízká teplota okolo 30K je způsobena díky rozptylu elektromagnetického záření a dovnitř oblaku se energičtější hvězdné záření nedostane.Tak jsou molekuly uvnitř oblaku chráněny před silným UV zářením a ionizace, která je velmi důležitá pro chemické reakce, je tím velmi omezena.
Formace molekul
V dnešní době se tvorba molekul v podmínkách hustých mezihvězdných oblaků nejčastěji vysvětluje dvěma mechanismy. Mohou být tvořeny prostou syntézou v plynné fázi nebo reakcí, která probíhá na povrchu nebo uvnitř prachových částic. Oba tyto procesy byly pozorovány a je těžké kvantitativně rozdělit jejich jednotlivé příspěvky. Nejjednodušeji si můžeme představit povrch prachového zrníčka jako něco docela pasivního, kde jsou adsorbovány atomy a malé reaktivní částice za nízké teploty a pak (následně) migrují ze strany na stranu, během tohoto procesu tvoří různé chemické vazby s různými částicemi. Nově vzniklá molekula pak opustí zrno a je tak možno ji detekovat třeba radioteleskopy zde na Zemi.
Existují modely na mnoho různých mechanismů, kterými může molekula opustit prachové zrno. Například to může být tepelné vypařování, vypuzení fotonem, mezihvězdná rázová vlna (jako se to děje v mlhovině M42), srážka dvou zrn, exploze zrna a další.
Reakce na površích zrn zahrnují mimo tvorby různých druhů složitých organických molekul také tvorbu nejčastější molekuly ve vesmíru H2. Reakce
H + H => H2se neobejde bez použití zrna jako katalyzátoru. Tato reakce je exotermní a tak uvolněné teplo způsobí, že se nově vzniklá molekula H2 uvolní do prostoru. Tato molekula řídí a iniciuje velice mnoho reakcí v plynné fázi a je pro chemii mezihvězdného prostoru nepostradatelná.
Proces adsorpce
Efektivnost adsorpce, neboli „lepivost “, velice závisí na charakteru povrchu zrna. Struktura povrchu lze rozdělit do tří kategorií:
- krystalická – atomy jsou vedle sebe velice těsně poskládány a tvoří pevnou mřížku.
- mikrokrystalická – krystalická na velmi malé škále, ale s náhodnými oblastmi, kde se nachází chyby
- amorfní – celkově náhodné uspořádání atomů s mnoha prázdnými místy.
Strukturu mezihvězdného zrna však nelze pozorovat přímo a tak se musíme uchýlit ke spekulacím.
Uveďme několik příkladů z kterých je evidentní, že mezihvězdná prachová zrna mají mít spíše amorfní charakter. Velká zrna se zřejmě formují z nashromáždění menších zrn. V nízkoenergetické oblasti prachových mračen je nepravděpodobné, že srážky vyprodukují dostatek tepla k roztátí a rekrystalizaci materiálu, aby se mohla vytvořit pravidelné struktura krystalické mřížky. A navíc množství lehkých částic znečišťuje typ prachové mřížky, které pravděpodobně takto ztrácí svojí uspořádanou strukturu.
Vzhledem k tomu, že ledový obal prachového zrna rostl po dlouhou dobu, můžeme usuzovat na podmínky v kterých se vyvíjel. Vodní led, častý povrchový materiál, má při nízkém tlaku tři pevné fáze. Nad 190K, krystalizuje voda do dobře známé šesterečné mřížky. Při chladnějších podmínkách do struktury kubické mřížky a při teplotách pod 135K se led formuje do amorfní struktury. Teplota hustých oblaků se pohybuje okolo 30K a tak většina ledu má amorfní strukturu.
Nakonec, mezihvězdný prach můžeme pozorovat i na Zemi. Částice zachycené ve stratosféře, které zřejmě pocházejí z komet, ukazují vysoce fraktální, amorfní strukturu. Avšak, nedávno se začala zkoumat zrna z Murchisonova meteoritu, která mají vysoce pravidelnou strukturu krystalického povrchu.
