ضدعفونی کننده در منطقه مرکزی کهکشان!!

موقعیت ابر مولکولی ستاره‌ساز Sgr B2 نزدیک به منبع مرکزی کهکشان راه شیری، Sgr A* (تصویر پس زمینه: GLOSTAR). ایزومرهای پروپانول و ایزوپروپانول هر دو در Sgr B2 با استفاده از تلسکوپ آلما شناسایی شدند. اعتبار: GLOSTAR collaboration (background image). Wikipedia/public domain (molecule models).

یک گروه بین‌المللی از محققان به رهبری Arnaud Belloche (MPIfR، بن، آلمان) اولین شناسایی ایزو پروپانول را در فضای بین ستاره‌ای گزارش کردند، ماده‌ای که به عنوان یک ضدعفونی کننده روی زمین استفاده می‌شود. ایزوپروپانول بزرگترین الکلی است که تاکنون کشف شده است و پیچیدگی روزافزون اعضای یکی از فراوان‌ترین کلاسهای مولکول موجود در فضا را نشان می‌دهد. این شناسایی به لطف مشاهدات منطقه تشکیل ستاره  Sagittarius B2 (Sgr B2) نزدیک به مرکز کهکشان ما امکان‌پذیر شد، جایی که مولکول‌های زیادی قبلاً شناسایی شده‌اند. این موضوع هدف یک تحقیق گسترده از ترکیب شیمیایی آن با تلسکوپ آلما در شیلی است.

جستجوی مولکولها در فضا بیش از 50 سال است که ادامه دارد. تا به امروز، ستاره‌شناسان 276 مولکول را در محیط بین ستاره‌ای شناسایی کرده‌اند. پایگاه داده کلن برای طیف‌سنجی مولکولی (CDMS) داده‌های طیف‌سنجی را برای شناسایی این مولکول‌ها ارائه می‌دهد که توسط بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی ارائه شده است و در بسیاری از موارد در تشخیص آنها مؤثر بوده است.

هدف کار حاضر درک چگونگی شکل‌گیری مولکول‌های آلی در محیط بین ستاره‌ای، به‌ویژه در مناطقی است که ستارگان جدید متولد می‌شوند و این مولکول‌ها چقدر می‌توانند پیچیده باشند. انگیزه اصلی ایجاد ارتباط با ترکیب شیمیایی اجسام در منظومه شمسی مانند دنباله‌دارها است، به عنوان مثال در ماموریت روزتا به دنباله‌دار چوریوموف-گراسیمنکو چند سال پیش ارائه شد.

منطقه ستاره‌زایی مشهور در کهکشان ما که در آن مولکولهای زیادی در گذشته شناسایی شده‌اند، Sagittarius B2 (Sgr B2) است که در نزدیکی منبع معروف Sgr A*، سیاه‌چاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان ما قرار دارد.

آرنود بلوچ از موسسه ماکس پلانک برای نجوم رادیویی (MPIfR) در بن/آلمان، می‌گوید: “گروه ما بیش از 15 سال پیش با تلسکوپ 30 متری IRAM شروع به بررسی ترکیب شیمیایی Sgr B2 کرد.این مشاهدات موفقیت آمیز بود و به ویژه منجر به اولین کشف بین ستاره‌ای چندین مولکول آلی، در میان بسیاری از نتایج دیگر شد.”

با ظهور آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (آلما) ده سال پیش، فراتر از آنچه پیش رفت که می‌توان به Sgr B2 با تلسکوپ تک‌ظرفی و مطالعه طولانی‌مدت ترکیب شیمیایی Sgr B2 دست یافت که از وضوح و حساسیت زاویه ای بالا ارائه شده توسط آلما بهره برد.

تاکنون، مشاهدات آلما منجر به شناسایی سه مولکول آلی جدید (ایزو پروپیل سیانید، N-متیل فرمامید، اوره) از سال 2014 شده است. آخرین نتیجه در این پروژه آلما اکنون شناسایی پروپانول (C3H7OH) است.

پروپانول یک الکل است و در حال حاضر بزرگترین مولکول در این کلاس از مولکولهایی است که در فضای بین ستاره‌ای کشف شده است. این مولکول به دو شکل (“ایزومر”) وجود دارد، بسته به اینکه گروه عاملی هیدروکسیل (OH) به کدام اتم کربن متصل است: 1) پروپانول نرمال، با OH متصل به اتم کربن انتهایی زنجیره، و 2) ایزو -پروپانول، با OH متصل به اتم کربن مرکزی در زنجیره. ایزو پروپانول نیز به عنوان عنصر کلیدی در ضدعفونی‌کننده‌های دست روی زمین شناخته شده است. هر دو ایزومر پروپانول در Sgr B2 در مجموعه داده‌های آلما شناسایی شدند. این اولین بار است که ایزوپروپانول در محیط بین ستاره‌ای و اولین بار است که پروپانول نرمال در یک منطقه ستاره‌ساز شناسایی می‌شود. اولین تشخیص بین ستاره‌ای پروپانول نرمال اندکی قبل از کشف آلما توسط یک تیم تحقیقاتی اسپانیایی با تلسکوپ‌های رادیویی در یک ابر مولکولی نه چندان دور از Sgr B2 به دست آمد. با این حال، تشخیص ایزو پروپانول نسبت به Sgr B2 تنها با آلما امکان‌پذیر بود.

راب گارود از دانشگاه ویرجینیا (شارلوتزویل/ایالات متحده آمریکا) می‌گوید: “تشخیص هر دو ایزومر پروپانول به طور منحصر به فردی در تعیین مکانیسم تشکیل هر یک از آنها قدرتمند است. از آنجایی که آنها بسیار شبیه یکدیگر هستند، از نظر فیزیکی به روشهای بسیار مشابهی رفتار می‌کنند، به این معنی که دو مولکول باید در یک مکان و در یک مکان وجود داشته باشند. “تنها سوال باز مقادیر دقیق موجود است – این امر باعث می‌شود نسبت بین ستاره‌ای آنها بسیار دقیق‌تر از سایر جفت مولکولها باشد. همچنین به این معنی است که شبکه شیمیایی را می‌توان با دقت بسیار بیشتری تنظیم کرد تا مکانیسم‌هایی را تعیین کند که آنها را تشکیل می‌دهند.”

شبکه تلسکوپ آلما برای تشخیص هر دو ایزومر پروپانول نسبت به Sgr B2، به لطف حساسیت بالا، وضوح زاویه‌ای بالا و پوشش فرکانس وسیع آن ضروری بود. یکی از مشکلات در شناسایی مولکول‌های آلی در طیف مناطق ستاره‌ساز، سردرگمی طیفی است. هر مولکول در فرکانس‌های خاصی تابش ساطع می‌کند، «اثر انگشت» طیفی آن که از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی مشخص است.

“هرچه مولکول بزرگتر باشد، خطوط طیفی بیشتری در فرکانس های مختلف تولید می‌کند. در منبعی مانند Sgr B2، مولکولهای زیادی در تشعشع مشاهده شده نقش دارند که طیف آنها با هم همپوشانی دارند و جدا کردن اثر انگشت آنها و شناسایی آنها به صورت جداگانه دشوار است. هولگر مولر از دانشگاه کلن می‌گوید که در آن کار آزمایشگاهی به ویژه بر روی پروپانول نرمال انجام شد.

به لطف وضوح زاویه‌ای بالای آلما، می‌توان بخش‌هایی از Sgr B2 را که خطوط طیفی بسیار باریکی، پنج برابر باریک‌تر از خطوطی از خود جدا کرد که در مقیاس‌های بزرگ‌تر با تلسکوپ رادیویی 30 متری IRAM شناسایی می‌شوند. باریک بودن این خطوط سردرگمی طیفی را کاهش می‌دهد و این کلید برای شناسایی هر دو ایزومر پروپانول در Sgr B2 بود. حساسیت آلما نیز نقش کلیدی ایفا کرد: اگر حساسیت فقط دو برابر بدتر بود، شناسایی پروپانول در داده‌های جمع‌آوری شده ممکن نبود.

این تحقیق یک تلاش طولانی‌مدت برای بررسی ترکیب شیمیایی مکان‌هایی در Sgr B2 است که در آن ستارگان جدید در حال شکل‌گیری هستند و در نتیجه فرآیندهای شیمیایی در جریان تشکیل ستاره را درک می‌کنند. هدف تعیین ترکیب شیمیایی مکان‌های تشکیل ستاره و احتمالاً شناسایی مولکول‌های بین‌ستاره‌ای جدید است. الیور زینگشیم از دانشگاه کلن همچنین می‌گوید: «پروپانول مدت‌ها در فهرست مولکول‌های ما برای جستجو قرار داشته است، اما تنها به لطف کار اخیر در آزمایشگاه ما برای مشخص کردن طیف چرخشی آن است که می‌توانیم دو ایزومر آن را به روشی قوی شناسایی کنیم.»

شناسایی مولکولهای نزدیک به هم که از نظر ساختار کمی متفاوت هستند (مانند نرمال و ایزوپروپانول یا همانطور که در گذشته انجام می‌شد: نرمال و ایزوپروپیل سیانید) و اندازه‌گیری نسبت فراوانی آنها به محققان این امکان را می‌دهد تا بخش‌های خاصی از شبکه واکنش شیمیایی که منجر به تولید آنها در محیط بین ستاره‌ای می‌شود.

“هنوز خطوط طیفی ناشناس زیادی در طیف Sgr B2 آلما وجود دارد که به این معنی است که هنوز کار زیادی برای رمزگشایی ترکیب شیمیایی آن باقیمانده است. در آینده نزدیک، گسترش ابزار دقیق آلما به فرکانسهای پایینتر احتمالا به ما کمک خواهد کرد. کارل منتن، مدیر MPIfR و رئیس بخش تحقیقات نجوم میلی‌متری و زیرمیلی‌متری آن، نتیجه‌گیری می‌کند تا سردرگمی طیفی را حتی بیشتر کاهش دهد و احتمالاً امکان شناسایی مولکول‌های آلی اضافی را در این منبع شگفت‌انگیز فراهم کند.

بررسی خط طیفی تصویربرداری ReMoCA با آلما در وضوح زاویه‌ای بالا انجام شد و نتایج یک مطالعه طیف‌سنجی اخیر پروپانول برای جستجوی ایزومرهای ایزو و نرمال مولکول پروپانول در هسته مولکولی داغ Sgr B2(N2) در همسایگی آن استفاده شد. از مرکز کهکشانی طیف تداخل‌سنجی با فرض تعادل ترمودینامیکی محلی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شبکه واکنش مدل نجومی MAGICKAL به منظور کشف مسیرهای تشکیل پروپانول و قرار دادن نتایج رصدی در یک زمینه نجومی وسیع‌تر گسترش یافت.

ترجمه: نجمه قاسمی

A sanitizer in the galactic center region

by Norbert Junkes, Max Planck Society JUNE 28, 2022

https://phys.org/news/2022-06-sanitizer-galactic-center-region.html