Группа ученых, использующая телескоп Роберта К. Берда Грин-Бэнк (GBT) Национального научного фонда, обнаружила две новые молекулы в межзвездном облаке недалеко от центра Галактики Млечный Путь. Это открытие является первым обнаружением новых молекул ББТ и уже помогает астрономам лучше понять сложные процессы, посредством которых большие молекулы формируются в космосе.
Молекула пропеналя с 8 атомами и молекула пропаналя с 10 атомами были обнаружены в большом облаке газа и пыли на расстоянии около 26 000 световых лет в области, известной как Стрелец B2. Такие облака, часто достигающие многих световых лет в диаметре, являются исходным материалом, из которого формируются новые звезды.
«Хотя эти межзвездные облака очень разрежены по земным стандартам, они являются местами сложных химических реакций, которые происходят в течение сотен тысяч или миллионов лет», - сказал Ян М. Холлис из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелт, штат Мэриленд. «Со временем в этих облаках могут образовываться все более и более сложные молекулы. Однако в настоящее время не существует общепринятой теории, объясняющей, как образуются межзвездные молекулы, содержащие более 5 атомов».
На сегодняшний день в межзвездных облаках обнаружено около 130 различных молекул. Большинство этих молекул содержат небольшое количество атомов, и лишь несколько молекул с восемью и более атомами были обнаружены в межзвездных облаках. Каждый раз, когда обнаруживается новая молекула, это помогает ограничить химию образования и природу межзвездных пылинок, которые, как считается, являются местами образования наиболее сложных межзвездных молекул.
Холлис сотрудничал с Энтони Ремиджаном, также из NASA Goddard; Фрэнк Дж. Ловаса из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге, штат Мэриленд; Harald Mollendal из Университета Осло, Норвегия; и Филип Р. Джуэлл из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния. Их результаты были приняты для публикации в Astrophysical Journal Letters.
В эксперименте GBT наблюдались три молекулы альдегида, которые, по-видимому, связаны простыми реакциями присоединения водорода, которые, вероятно, происходят на поверхности межзвездных зерен. Альдегид представляет собой молекулу, которая содержит альдегидную группу (CHO): атом углерода, одинарно связанный с атомом водорода и дважды связанный с атомом кислорода; оставшаяся связь на том же атоме углерода связана с остальной частью молекулы.
Начиная с ранее описанного пропиналя (HC2CHO), пропеналь (CH2CHCHO) образуется путем добавления двух атомов водорода. В результате того же процесса из пропеналя образуется пропаналь (CH3CH2CHO).
После того как эти молекулы образуются на межзвездных пылинках, они могут быть выброшены в виде диффузного газа. Если в газе накапливается достаточное количество молекул, их можно обнаружить с помощью радиотелескопа. Когда молекулы вращаются из конца в конец, они меняют одно энергетическое состояние вращения на другое, излучая радиоволны на точных частотах. «Семейство» радиочастот, излучаемых конкретной молекулой, образует уникальный «отпечаток пальца», который ученые могут использовать для идентификации этой молекулы. Ученые идентифицировали два новых альдегида, обнаружив ряд частот радиоизлучения в так называемой области К-диапазона (от 18 до 26 ГГц) электромагнитного спектра..
«Межзвездные молекулы идентифицируются с помощью частот, которые уникальны для спектра вращения каждой молекулы», - сказал Ловас. «Они либо измеряются непосредственно в лаборатории, либо рассчитываются на основе измеренных данных. В этом случае мы использовали расчетные спектральные частоты на основе анализа литературных данных».
Сложные молекулы в космосе представляют интерес по многим причинам, включая их возможную связь с образованием биологически значимых молекул на ранней Земле. Сложные молекулы могли образоваться на ранней Земле, или они могли сначала образоваться в межзвездных облаках и быть перенесенными на поверхность Земли.
Молекулы с альдегидной группой представляют особый интерес, поскольку несколько биологически значимых молекул, включая семейство молекул сахара, являются альдегидами.
«ББТ можно использовать для полного изучения возможности того, что значительное количество пребиотической химии может возникнуть в космосе задолго до того, как это произойдет на вновь образованной планете», - сказал Ремиджан. «Кометы формируются из межзвездных облаков и непрерывно бомбардируют только что образовавшуюся планету в начале ее истории. Об этом свидетельствуют кратеры на нашей Луне. Таким образом, кометы могут быть транспортными средствами для доставки органических молекул, необходимых для зарождения жизни на новой планете».
Лабораторные эксперименты также демонстрируют, что реакции присоединения атомов, подобные тем, которые, как предполагается, происходят в межзвездных облаках, играют роль в синтезе сложных молекул, подвергая льды, содержащие более простые молекулы, такие как вода, углекислый газ и метанол, дозам ионизирующего излучения.. Таким образом, теперь можно проводить лабораторные эксперименты с различными компонентами льда, чтобы попытаться получить альдегиды, наблюдаемые с помощью GBT.
Обнаружение двух новых альдегидов, которые связаны общим химическим путем, называемым присоединением водорода, демонстрирует, что эволюция в более сложные виды обычно происходит в межзвездных облаках и что относительно простой механизм может создавать большие молекулы из меньшие. GBT теперь является ключевым инструментом в изучении химической эволюции в космосе», - сказал Холлис.
GBT - крупнейший в мире полностью управляемый радиотелескоп; им управляет NRAO.
Большой диаметр и высокая точность GBT позволили нам изучить небольшие межзвездные облака, которые могут поглощать излучение яркого фонового источника. Чувствительность и гибкость телескопа дали нам новый важный инструмент для исследования сложных межзвездных молекул, - сказал Джуэлл.
Национальная радиоастрономическая обсерватория является учреждением Национального научного фонда, которым управляет Associated Universities, Inc. по соглашению о сотрудничестве