Źródło zdjęcia: NRAO
Zespół naukowców korzystających z teleskopu Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) z National Science Foundation odkrył dwie nowe cząsteczki w chmurze międzygwiezdnej w pobliżu centrum galaktyki Drogi Mlecznej. To odkrycie jest pierwszym wykrywaniem nowych cząsteczek przez GBT i już pomaga astronomom lepiej zrozumieć złożone procesy, w których powstają duże cząsteczki w przestrzeni kosmicznej.
8-atomowa propenal i 10-atomowa propanal zostały wykryte w dużej chmurze gazu i pyłu około 26 000 lat świetlnych stąd w obszarze znanym jako Strzelec B2. Takie chmury, często o długości wielu lat świetlnych, są surowcem, z którego powstają nowe gwiazdy.
„Te chmury międzygwiezdne, choć bardzo rzadkie według standardów Ziemi, są miejscami złożonych reakcji chemicznych zachodzących przez setki tysięcy lub miliony lat”, powiedział Jan M. Hollis z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD. Z czasem w tych chmurach mogą powstawać coraz bardziej złożone cząsteczki. Obecnie jednak nie ma przyjętej teorii dotyczącej sposobu powstawania cząsteczek międzygwiezdnych zawierających więcej niż 5 atomów. ”
Do tej pory odkryto około 130 różnych cząsteczek w chmurach międzygwiezdnych. Większość tych cząsteczek zawiera niewielką liczbę atomów, a tylko kilka cząsteczek z ośmioma lub więcej atomami znaleziono w chmurach międzygwiezdnych. Za każdym razem, gdy odkrywa się nową cząsteczkę, pomaga ona ograniczyć chemię formowania i naturę międzygwiezdnych ziaren pyłu, które są uważane za miejsca formowania się najbardziej złożonych cząsteczek międzygwiezdnych.
Hollis współpracował z Anthonym Remijanem, również z NASA Goddard; Frank J. Lovas z National Institute of Standards and Technology w Gaithersburg, MD; Harald Mollendal z Uniwersytetu w Oslo, Norwegia; oraz Philip R. Jewell z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) w Green Bank, W.Va. Ich wyniki zostały zaakceptowane do publikacji w Astrophysical Journal Letters.
W eksperymencie GBT zaobserwowano trzy cząsteczki aldehydu, które wydają się być powiązane z prostymi reakcjami addycji wodoru, które prawdopodobnie zachodzą na powierzchni ziaren międzygwiezdnych. Aldehyd jest cząsteczką zawierającą grupę aldehydową (CHO): atom węgla pojedynczo związany z atomem wodoru i podwójnie związany z atomem tlenu; pozostałe wiązanie na tym samym atomie węgla wiąże się z resztą cząsteczki.
Zaczynając od wcześniej zgłoszonego propynalu (HC2CHO), propenal (CH2CHCHO) powstaje przez dodanie dwóch atomów wodoru. W tym samym procesie z propenalu powstaje propanal (CH3CH2CHO).
Po utworzeniu się tych cząsteczek na ziarnach pyłu międzygwiezdnego można je wyrzucić w postaci gazu rozproszonego. Jeśli w gazie zgromadzi się wystarczająca liczba cząsteczek, można je wykryć za pomocą radioteleskopu. Gdy cząsteczki obracają się od końca do końca, zmieniają się one z jednego stanu energii obrotowej w drugi, emitując fale radiowe o określonych częstotliwościach. „Rodzina” częstotliwości radiowych emitowanych przez określoną cząsteczkę tworzy unikalny „odcisk palca”, który naukowcy mogą wykorzystać do zidentyfikowania tej cząsteczki. Naukowcy zidentyfikowali dwa nowe aldehydy, wykrywając szereg częstotliwości emisji radiowej w tak zwanym regionie pasma K (18–26 GHz) widma elektromagnetycznego.
„Cząsteczki międzygwiezdne są identyfikowane za pomocą częstotliwości, które są unikalne dla spektrum rotacyjnego każdej cząsteczki”, powiedział Lovas. „Są one mierzone bezpośrednio w laboratorium lub obliczane na podstawie zmierzonych danych. W tym przypadku zastosowaliśmy obliczone częstotliwości widmowe na podstawie analizy danych literaturowych. ”
Złożone cząsteczki w kosmosie są interesujące z wielu powodów, w tym ich możliwego połączenia z powstawaniem biologicznie istotnych cząsteczek na wczesnej Ziemi. Złożone cząsteczki mogły powstać na wczesnej Ziemi lub mogły najpierw powstać w chmurach międzygwiezdnych i zostać przetransportowane na powierzchnię Ziemi.
Cząsteczki z grupą aldehydową są szczególnie interesujące, ponieważ kilka biologicznie istotnych cząsteczek, w tym rodzina cząsteczek cukru, to aldehydy.
„GBT można wykorzystać do pełnego zbadania możliwości pojawienia się znacznej ilości chemii prebiotycznej w kosmosie na długo przed pojawieniem się na nowo utworzonej planecie” - powiedział Remijan. „Komety powstają z chmur międzygwiezdnych i nieustannie bombardują nowo powstałą planetę na wczesnym etapie swojej historii. Potwierdzają to kratery na naszym Księżycu. Zatem komety mogą być nośnikami dostarczającymi cząsteczki organiczne niezbędne do rozpoczęcia życia na nowej planecie. ”
Eksperymenty laboratoryjne pokazują również, że reakcje addycji atomowej - podobne do tych, które mają zachodzić w chmurach międzygwiezdnych - odgrywają rolę w syntezie złożonych cząsteczek poprzez poddanie lodów zawierających prostsze cząsteczki, takie jak woda, dwutlenek węgla i metanol dawkom promieniowania jonizującego. W związku z tym można teraz opracować eksperymenty laboratoryjne z różnymi składnikami lodu, aby spróbować wytworzyć aldehydy obserwowane w GBT.
„Wykrywanie dwóch nowych aldehydów, które są powiązane wspólną drogą chemiczną zwaną addycją wodoru, pokazuje, że ewolucja do bardziej złożonych gatunków zachodzi rutynowo w chmurach międzygwiezdnych i że stosunkowo prosty mechanizm może budować duże cząsteczki z mniejszych. GBT jest obecnie kluczowym narzędziem w badaniu ewolucji chemicznej w kosmosie ”- powiedział Hollis.
GBT to największy na świecie w pełni sterowalny radioteleskop; jest obsługiwany przez NRAO.
„Duża średnica i wysoka precyzja GBT pozwoliły nam zbadać małe chmury międzygwiezdne, które mogą absorbować promieniowanie z jasnego źródła tła. Czułość i elastyczność teleskopu dały nam ważne nowe narzędzie do badania złożonych cząsteczek międzygwiezdnych ”- powiedział Jewell.
National Radio Astronomy Observatory to placówka National Science Foundation, obsługiwana na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities, Inc.
Oryginalne źródło: NRAO News Release
