Изображение предоставлено: NRAO
Команда ученых с помощью телескопа Грин-банка Роберта Берда из Национального научного фонда обнаружила две новые молекулы в межзвездном облаке недалеко от центра галактики Млечный путь. Это открытие - первое обнаружение GBT новых молекул, и оно уже помогает астрономам лучше понять сложные процессы, в которых крупные молекулы образуются в космосе.
Пропенал из 8 атомов и пропанал из 10 атомов были обнаружены в большом облаке газа и пыли на расстоянии около 26 000 световых лет в области, известной как Стрелец B2. Такие облака, часто через много световых лет, являются сырьем, из которого формируются новые звезды.
«Хотя межзвездные облака очень разрежены по земным меркам, они представляют собой места сложных химических реакций, которые происходят в течение сотен тысяч или миллионов лет, - сказал Ян М. Холлис из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд». Со временем в этих облаках могут образовываться все более сложные молекулы. Однако в настоящее время нет общепринятой теории, касающейся того, как образуются межзвездные молекулы, содержащие более 5 атомов ».
К настоящему времени в межзвездных облаках обнаружено около 130 различных молекул. Большинство из этих молекул содержат небольшое количество атомов, и только несколько молекул с восемью или более атомами были обнаружены в межзвездных облаках. Каждый раз, когда обнаруживается новая молекула, она помогает ограничить химию образования и природу межзвездных зерен пыли, которые, как полагают, являются местами образования наиболее сложных межзвездных молекул.
Холлис сотрудничал с Энтони Ремиджаном, также из НАСА Годдард; Фрэнк Дж. Ловас из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге, штат Мэриленд; Харальд Моллендал из Университета Осло, Норвегия; и Филип Р. Джуэлл из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Грин-Бэнк, штат Вашингтон. Их результаты были приняты для публикации в журнале Astrophysical Journal Letters.
В эксперименте GBT были обнаружены три молекулы альдегида, которые, по-видимому, связаны простыми реакциями присоединения водорода, которые, вероятно, происходят на поверхности межзвездных зерен. Альдегид - это молекула, которая содержит альдегидную группу (СНО): атом углерода, одинаково связанный с атомом водорода и дважды связанный с атомом кислорода; оставшаяся связь на том же атоме углерода связывается с остальной частью молекулы.
Начиная с ранее описанного пропиналя (HC2CHO), пропеналь (CH2CHCHO) образуется путем добавления двух атомов водорода. По тому же процессу пропаналь (CH3CH2CHO) образуется из пропеналя.
После того, как эти молекулы образуются на межзвездных пылевых зернах, они могут выбрасываться в виде диффузного газа. Если в газе накапливается достаточное количество молекул, их можно обнаружить с помощью радиотелескопа. Когда молекулы вращаются один за другим, они переходят из одного состояния энергии вращения в другое, испуская радиоволны с точными частотами. «Семейство» радиочастот, излучаемых конкретной молекулой, образует уникальный «отпечаток», который ученые могут использовать для идентификации этой молекулы. Ученые определили два новых альдегида, обнаружив ряд частот радиоизлучения в так называемой области K-диапазона (18–26 ГГц) электромагнитного спектра.
«Межзвездные молекулы идентифицируются с помощью частот, уникальных для вращательного спектра каждой молекулы», - сказал Ловас. «Они либо напрямую измеряются в лаборатории, либо рассчитываются по измеренным данным. В этом случае мы использовали рассчитанные спектральные частоты, основанные на анализе 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 сформироваться в межзвездных облаках и быть перенесены на поверхность Земли.
Молекулы с альдегидной группой представляют особый интерес, поскольку некоторые биологически значимые молекулы, включая семейство молекул сахара, являются альдегидами.
«GBT может быть использован для полного изучения возможности того, что значительное количество пребиотической химии может произойти в космосе задолго до того, как это произойдет на вновь образованной планете», - сказал Ремиджан. «Кометы образуются из межзвездных облаков и непрерывно бомбардируют вновь образованную планету в начале ее истории. Кратеры на нашей Луне подтверждают это. Таким образом, кометы могут быть средством доставки органических молекул, необходимых для начала 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, диоксид углерода и метанол, дозировкам ионизирующего излучения. Таким образом, теперь можно разработать лабораторные эксперименты с различными ледяными компонентами, чтобы попытаться получить альдегиды, наблюдаемые с помощью ГБТ.
«Обнаружение двух новых альдегидов, которые связаны общим химическим путем, называемым добавлением водорода, демонстрирует, что эволюция в более сложные виды обычно происходит в межзвездных облаках и что относительно простой механизм может создавать большие молекулы из более мелких. GBT теперь является ключевым инструментом для изучения химической эволюции в космосе », - сказал Холлис.
GBT - крупнейший в мире полностью управляемый радиотелескоп; это управляется NRAO.
«Большой диаметр и высокая точность GBT позволили нам изучить небольшие межзвездные облака, которые могут поглощать излучение от яркого фонового источника. Чувствительность и гибкость телескопа дали нам важный новый инструмент для изучения сложных межзвездных молекул », - сказал Джуэлл.
Национальная радиоастрономическая обсерватория является учреждением Национального научного фонда, действующим в рамках соглашения о сотрудничестве от Associated Universities, Inc.
Источник: пресс-релиз НРАО
