Mokslininkai kosmose aptiko naują, iki šiol nežinomą molekulę

Nauji MIT profesoriaus Bretto McGuire grupės tyrimai atskleidė, kad kosmose yra anksčiau nežinomos molekulės. Komandos parengtas atviros prieigos straipsnis „Rotacinis spektras ir pirmasis tarpžvaigždinis 2-metoksietanolio aptikimas naudojant ALMA stebėjimus NGC 6334I“ paskelbtas balandžio 12 d. žurnalo „The Astrophysical Journal Letters“ numeryje.

McGuire grupės magistrantas Zachary T.P. Friedas, pagrindinis publikacijos autorius, siekdamas šio įspūdingo atradimo, dėliojo dėlionę iš dalių, surinktų iš viso pasaulio – ne tik iš MIT, bet ir iš Prancūzijos, Floridos, Virdžinijos ir Kopenhagos.

„Mūsų grupė bando suprasti, kokių molekulių yra kosmoso regionuose, kuriuose ilgainiui susiformuos žvaigždės ir saulės sistemos“, – aiškina Friedas.

„Tai leidžia mums sudėlioti, kaip chemija vystosi kartu su žvaigždžių ir planetų formavimosi procesu. Tai darome nagrinėdami molekulių sukamuosius spektrus, t. y. unikalius šviesos modelius, kuriuos jos išskiria, kai erdvėje skrieja galu į galą. Šie raštai yra molekulių pirštų atspaudai (brūkšniniai kodai). Norėdami aptikti naujas molekules kosmose, pirmiausia turime žinoti, kokios molekulės norime ieškoti, tada galime užrašyti jos spektrą laboratorijoje Žemėje ir galiausiai teleskopais ieškoti šio spektro kosmose,“ – pasakoja Friedas.

Molekulių paieška kosmose

McGuire grupė neseniai pradėjo naudoti mašininį mokymąsi, kad pasiūlytų gerų tikslinių molekulių, kurių reikėtų ieškoti. 2023 m. vienas iš šių mašininio mokymosi modelių pasiūlė tyrėjams pasirinkti molekulę, vadinamą 2-metoksietanoliu.

„Kosminėje erdvėje yra daug „metoksi“ molekulių, pavyzdžiui, dimetilo eteris, metoksimetanolis, etilo metilo eteris ir metilo formatas, tačiau 2-metoksietanolis būtų didžiausia ir sudėtingiausia kada nors matyta molekulė“, – sako Friedas.

Norėdama aptikti šią molekulę naudodama radioteleskopo stebėjimus, grupė pirmiausia turėjo išmatuoti ir išanalizuoti jos sukimosi spektrą Žemėje.

Tyrėjai sujungė Lilio universiteto (Lilis, Prancūzija), Naujojo Floridos koledžo (Sarasota, Florida) ir MIT McGuire laboratorijos eksperimentus, kad išmatuotų šį spektrą plačiajuostėje dažnių srityje nuo mikrobangų iki submilimetrinių bangų (maždaug nuo 8 iki 500 gigahercų).

Šių matavimų metu gauti duomenys leido ieškoti molekulės naudojant Atakamos didelės milimetrinės/submilimetrinės matricos (ALMA) stebėjimus dviejų atskirų žvaigždžių formavimosi regionų atžvilgiu: „NGC 6334I“ ir „IRAS 16293-2422B“.

McGuire grupės nariai šiuos teleskopo stebėjimus analizavo kartu su Nacionalinės radijo astronomijos observatorijos (Šarlotsvilis, Virdžinija) ir Kopenhagos universiteto (Danija) mokslininkais.

„Galiausiai pastebėjome 25 2-metoksietanolio sukimosi linijas, kurios sutapo su molekuliniu signalu, stebėtu NGC 6334I (brūkšninis kodas sutapo!), todėl 2-metoksietanolio aptikimas šiame šaltinyje buvo patikimas“, – sako Friedas.

„Tai leido mums nustatyti fizikinius molekulės parametrus, pavyzdžiui, jos gausumą ir sužadinimo temperatūrą. Tai taip pat leido ištirti galimus cheminės medžiagos susidarymo iš žinomų tarpžvaigždinių pirmtakų kelius.“

Žvelgiant į ateitį

Tokie molekuliniai atradimai, kaip šis, padeda mokslininkams geriau suprasti, kaip žvaigždžių formavimosi proceso metu erdvėje vystosi molekulinis sudėtingumas.

2-metoksietanolis, kuriame yra 13 atomų, yra gana didelis tarpžvaigždiniams standartams – iki 2021 m. už Saulės sistemos ribų buvo aptiktos tik šešios didesnės nei 13 atomų rūšys, daugelį jų aptiko McGuire grupė, ir visos jos egzistuoja kaip žiedinės struktūros. 

„Nuolatiniai didelių molekulių stebėjimai ir vėlesnis jų gausumo nustatymas leidžia mums gilinti žinias apie tai, kaip efektyviai gali susidaryti didelės molekulės ir kokiomis konkrečiomis reakcijomis jos gali susidaryti“, – sako Friedas.

„Be to, kadangi šią molekulę aptikome „NGC 6334I“, bet ne „IRAS 16293-2422B“, turėjome unikalią galimybę išsiaiškinti, kaip skirtingos šių dviejų šaltinių fizikinės sąlygos gali paveikti galinčią vykti chemiją.“