Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) posłużył zespołowi naukowców do odkrycia dwóch nowych cząsteczek w międzygwiezdnej chmurze w centrum Drogi Mlecznej. Odkrycie molekuł jest pierwszym dokonanym przy użyciu GBT i już pomaga astronomom zrozumieć złożone procesy, dzięki którym w Kosmosie powstają duże cząsteczki.

8-atomowy związek propenal i 10-atomowy propanal, zostały odkryte w dużej chmurze gazu i pyłu w odległości około 26000 lat świetlnych w obszarze znanym jako Sagittarius B2. Podobne chmury, często rozciągające się na przestrzeni kilku lat świetlnych, są materiałem, z którego powstają gwiazdy.

Wyjątkowo rozrzedzone jak na ziemskie standardy, międzygwiezdne chmury są miejscem złożonych reakcji chemicznych, które trwają przez setki tysięcy lub miliony lat” – tłumaczył Jan M. Hollis z należącego do NASA Goddard Space Flight Center. “Czas płynie, a więcej i więcej związków o złożonych cząstkach może się wytworzyć się w tych chmurach. Obecnie nie ma żadnej ogólnie przyjętej teorii tłumaczącej jak mogą powstawać międzygwiezdne związki o liczbie atomów większej niż 5.”

Dotychczas cząsteczek w chmurach materii międzygwiezdnej odkryto około 130 różnych. Większość z tych molekuł zawiera niewiele atomów, wśród nich jest tylko kilka związków o ośmiu lub więcej atomach. Każde odkrycie nowej cząsteczki pomaga uściślić informacje o ich powstawaniu i o naturze ziaren międzygwiezdnego pyłu, które są uważane za miejsce powstawania większości złożonych molekuł.

W eksperymencie przeprowadzonym przy użyciu GBT obserwowano trzy aldehydowe cząsteczki. Okazało się, że są związane prostymi reakcjami addycji wodoru, które mogły nastąpić na powierzchni ziaren międzygwiezdnego kurzu. Aldehyd ma cząsteczkę zawierającą grupę aldehydową (CHO): atom wodoru jest związany wiązaniem pojedynczym z atomem węgla, atom tlenu – podwójnym, pozostałe pojedyncze wiązanie umożliwia przyłączenie reszty cząsteczki.

Jeśli zaczniemy od odkrytego wcześniej propynalu (HC2CHO), propenal (CH2CHCHO) utworzony jest przez przyłączenie dwóch atomów wodoru. Ta sama reakcja addycji umożliwia utworzenie propanalu (CH3CH2CHO) z propenalu.

Wzory strukturalne 10-atomowego propanalu i 8-atomowego propenalu…

Po utworzeniu się na powierzchni ziaren pyłu, molekuły te mogą się rozprzestrzeniać w formie gazu. Jeśli dostatecznie dużo cząsteczek skumuluje się w gazie, mogą zostać wykryte przy użyciu radioteleskopu. Obrót wewnątrz cząsteczek powoduje zmianę ich stanów energetycznych i emisję fal radiowych o specyficznych częstotliwościach. “Rodzina” częstotliwości radiowych emitowanych przez każdą z cząstek układa się w specyficzny “odcisk palca”, który naukowcy mogą przebadać, by zidentyfikować budowę związku. Dwa nowe aldehydy zidentyfikowano dzięki wykryciu serii emisji radiowych w zakresie oznaczonym literą K (od 18 do 26 GHz).

Międzygwiezdne cząsteczki identyfikowane są dzięki częstotliwością związanym z ich rotacją” – powiedział Frank J. Lovas, współpracujący przy eksperymencie. “Porównuje się z pomiarami wykonywanymi w laboratoriach lub z wynikami obliczeń wykonanych na ich podstawie. W tym przypadku wykorzystaliśmy obliczenia wykonane na podstawie danych literaturowych“.

Złożone cząsteczki znajdujące się w Kosmosie są z wielu powodów interesujące. Jednym z nich jest ich możliwy związek z powstaniem związków biologicznych na wczesnej Ziemi. Cząsteczki takie mogły powstać na naszej planecie bądź też w obłoku międzygwiezdnym (a następnie być przetransportowanymi na Ziemię).

Cząsteczki z grupą aldehydową są szczególnie interesujące, ponieważ wiele ważnych związków biologicznych (cukry) to właśnie aldehydy.

GBT może być wykorzystany do sprawdzenia możliwości, że znaczna ilość przedbiologicznej chemii mogła mieć miejsce w przestrzeni kosmicznej długo przed tym, jak przeniosła się na planetę” – powiedział Remijan. “Komety tworzą się z międzygwiezdnych obłoków i bombardują planety we wczesnym okresie ich rozwoju. Dowodem tego są liczne kratery na ziemskim Księżycu. Mogą więc one być środkiem transportu dla cząsteczek organicznych niezbędnych do zapoczątkowania życia na planecie“.

Również eksperymenty laboratoryjne dowodzą, że reakcje addycji, podobne do zachodzących w obłokach międzygwiezdnych, odgrywają istotną rolę w syntezie skomplikowanych cząsteczek. Dotyczy to szczególnie przyłączenia “lodów”, wodnego, metanowego i dwutlenku węgla, do zjonizowanych substratów. W laboratorium można odtwarzać procesy, które zostały dostrzeżone przez GBT.

Wykrycie dwóch nowych aldehydów związanych z addycją wodoru demonstruje, że ewolucja prowadząca do bardziej skomplikowanych cząsteczek rutynowo zachodzi w obłokach międzygwiazdowych , a stosunkowo proste procesy umożliwiają przejście od mniejszych cząsteczek do większych. GBT jest obecnie kluczowym instrumentem umożliwiającym badanie chemicznej ewolucji w Kosmosie” – powiedział Hollis.

GBT to największy obecnie sterowalny radioteleskop. Obsługiwany jest przez NRAO.

Duża średnica i wysoka precyzja GBT pozwoliła nam na zbadanie niewielkich międzygwiezdnych obłoków, które pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne biegnące od jasnych, dalej położonych obiektów. Czułość teleskopu dała nam nowe i ważne narzędzie do badania skomplikowanych międzygwiezdnych cząsteczek” – powiedział Jewell.

Autor

Agata Rożek
Agata Rożek

Jako astronomka obecnie pracuję na University of Kent w Wielkiej Brytanii. Przygodę z astronomią zaczęłam od nauki obsługi Uniwersałów na obozach Almukantaratu. Obecnie obserwuję planetoidy zbliżające się do Ziemi, przy pomocy teleskopów ESO i radaru Arecibo.