دانشمندان نوع نادری از الکل چوب را در فضا کشف کردند

امروزه دانشمندان تا حد زیادی به پاسخ این پرسش رسیده‌اند که مواد اولیه حیات از کجا سرچشمه می‌گیرند.

کشفیات متعدد در دهه‌های اخیر نشان داده‌اند که مولکول‌های آلی در فضا نیز وجود دارند. پژوهش‌های جدید همچنین تأیید کرده‌اند که اسیدهای آمینه را می‌توان در سیارک‌های نزدیک زمین یافت و پروتئین‌ها نیز قادرند به‌صورت خودبه‌خودی شکل بگیرند. با این حال، هنوز بخش‌هایی از این معما حل نشده‌اند که برای درک چگونگی پیوند خوردن این مواد اولیه و شکل‌گیری ساختارهای پیچیده‌تر اهمیت دارند.

یکی از این مواد، متانول با فرمول شیمیایی CH3OH است که با نام الکل چوب نیز شناخته می‌شود و نقشی اساسی در شکل‌گیری مولکول‌های آلی پیچیده در فضا دارد. اکنون پژوهشگران برنامه بزرگ آلما کامپاس، نوعی از متانول را شناسایی کرده‌اند که در آن تمام اتم‌های هیدروژن با دوتریوم جایگزین شده‌اند. این ترکیب که متانول سنگین نام دارد و با فرمول CD3OD شناخته می‌شود، در اطراف پیش‌ستاره IRAS4A2 کشف شده است. فراوانی این مولکول در اطراف این ستاره بسیار جوان، مدل‌های شیمیایی کنونی را با چالش روبه‌رو می‌کند؛ زیرا این مدل‌ها قادر به توضیح مقدار مشاهده‌شده نیستند.

این پژوهش به سرپرستی آرنو بلوش از مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی رادیویی انجام شد. محققانی از مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی، مؤسسه پژوهش‌های اخترفیزیک و سیاره‌شناسی، مؤسسه نیلز بور، رصدخانه ملی اخترشناسی رادیویی آمریکا، رصدخانه جنوبی اروپا، مؤسسه پژوهشی پیشگام ریکن و دانشگاه‌ها و مراکز علمی متعدد دیگر نیز در این مطالعه مشارکت داشتند. نتایج این تحقیق در شماره جدید نشریه علمی Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.

کشف مولکول‌های آلی پیچیده در اطراف ستاره‌های جوان

دانشمندان پیش‌تر نیز شواهدی از وجود مولکول‌های پیچیده دیگری، از جمله ایزوپروپانول یا الکل مالشی، در اطراف سامانه‌های ستاره‌ای بسیار جوان پیدا کرده بودند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این ترکیبات احتمالاً روی سطح دانه‌های غبار پوشیده از یخ در ابرهای سرد سحابی شکل می‌گیرند. در این محیط‌ها، اتم‌های کربن، اکسیژن، هیدروژن و عناصر دیگر به‌آرامی با یکدیگر واکنش می‌دهند و مدت‌ها پیش از تولد یک ستاره، مولکول‌هایی با ساختار پیچیده‌تر به وجود می‌آورند. هنگامی که پیش‌ستاره شروع به تابش می‌کند و محیط اطرافش گرم می‌شود، این ترکیبات از سطح دانه‌های یخی آزاد شده و به شکل گاز درمی‌آیند.

در چنین شرایطی، شناسایی این مواد به ابزارهای پیشرفته‌ای مانند آرایه بزرگ میلی‌متری و زیرمیلی‌متری آتاکاما یا آلما نیاز دارد که در شیلی مستقر شده. این پژوهش نیز یکی از مجموعه مطالعات انجام‌شده در چارچوب برنامه کامپاس آلما به شمار می‌رود. هدف این برنامه، بررسی مولکول‌های آلی پیچیده در پیش‌ستاره‌ها با استفاده از پیمایش‌های طیفی آلما است. پژوهشگران در این پروژه، ۱۱ پیش‌ستاره نزدیک به خورشید را که وجود مولکول‌های آلی پیچیده در آن‌ها پیش‌تر مشخص شده بود، بررسی کردند.

یکی از این اجرام، پیش‌ستاره IRAS4A2 است که در فاصله حدود هزار سال نوری از زمین و در ابر مولکولی برساوش قرار دارد. دانشمندان برای نخستین بار توانستند وجود متانول کاملاً دوتریوم‌دار را در این سامانه به‌طور قطعی تأیید کنند. در این نوع متانول، اتم‌های هیدروژن با دوتریوم جایگزین شده‌اند؛ دوتریوم ایزوتوپی از هیدروژن است که به دلیل داشتن یک نوترون اضافی در هسته، هیدروژن سنگین نیز نامیده می‌شود.

این کشف همچنین نخستین شناسایی یک مولکول دارای چهار جایگاه دوتریوم‌دار در فضای میان‌ستاره‌ای به شمار می‌رود. سیلویا اسپتسانو، سرپرست گروه پژوهشی در مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی و یکی از نویسندگان مطالعه، درباره اهمیت این کشف گفت

بررسی دوتریوم‌دار شدن مولکول‌ها به ما امکان می‌دهد روند تکامل شیمیایی آن‌ها را هنگام شکل‌گیری ستاره‌ها و سیاره‌ها دنبال کنیم. این کار به درک بهتر شیمی آن‌ها کمک می‌کند و در نهایت نشان می‌دهد که پیچیدگی مولکولی چگونه از ابرهای میان‌ستاره‌ای به سامانه‌های سیاره‌ای منتقل می‌شود.

داده‌های آلما علاوه بر شناسایی CD3OD، به پژوهشگران اجازه دادند فراوانی شیمیایی انواع مختلف متانول را در اطراف این پیش‌ستاره محاسبه کنند. نتایج نشان داد که مقدار متانول کاملاً دوتریوم‌دار تقریباً ۱۰۰ برابر بیشتر از میزانی است که مدل‌های شیمیایی پیش‌بینی می‌کنند. این اختلاف چشمگیر احتمال وجود فرایندی ناشناخته را مطرح می‌کند که به شکل‌گیری این نوع متانول کمک می‌کند، اما هنوز در مدل‌های فعلی در نظر گرفته نشده.

گروه پژوهشی همچنین چندین خط طیفی را شناسایی کرد که منشأ آن‌ها هنوز مشخص نیست. با توجه به کشف متانول کاملاً دوتریوم‌دار، دانشمندان احتمال می‌دهند این خطوط به شکل‌های دیگری از متانول با چند اتم دوتریوم مربوط باشند؛ از جمله متانول با فرمول CH2DOD و ترکیب CHD2OD. با این حال، تأیید این فرضیه به داده‌های آزمایشگاهی دقیق‌تری نیاز دارد و پژوهشگران در حال فراهم کردن اطلاعات لازم برای بررسی این ترکیبات هستند.

سیلویا اسپتسانو درباره این مرحله از تحقیق گفت

در مرکز مطالعات اخترشیمی مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی، برنامه‌ای آزمایشگاهی و نظام‌مند را برای بررسی طیف‌سنجی مولکول‌های آلی پیچیده دوتریوم‌دار، از جمله CH2DOD و CHD2OD، دنبال می‌کنیم. این مولکول‌ها به ما اجازه می‌دهند جایگزینی ایزوتوپی را در گروه‌های عاملی مختلف بررسی کنیم؛ فرایندی که مانند برچسب‌های شیمیایی عمل می‌کند و به ما امکان می‌دهد روند افزایش پیچیدگی مولکول‌ها را ردیابی کنیم.

علاوه بر مقاله مربوط به این کشف، شش پژوهش دیگر از پروژه کامپاس نیز منتشر شده‌اند. این مطالعات در کنار یکدیگر، تصویر روشن‌تری از تنوع مولکول‌های آلی پیچیده در فضا ارائه می‌دهند و می‌توانند به دانشمندان در شناخت بهتر فرایندهای شیمیایی منتهی به شکل‌گیری ستاره‌ها و سامانه‌های سیاره‌ای کمک کنند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.