مطالعه شیمی پیچیده‌  درون”مهدکودکهای ستاره‌ای”!!

این تصویر ترکیبی از چندین رصد از ابر مولکولی ثور است که توسط رصدخانه هرشل ESA انجام شده است. این مجموعه عظیم از ابرهای بین ستاره‌ای که در فاصله حدود 450 سال نوری از ما، در صورت فلکی ثور، گاو نر قرار دارد، محل تولد هزاران ستاره است و نزدیکترین منطقه بزرگ تشکیل ستاره است. اعتبار: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech. قدردانی: R. Hurt (JPL-Caltech)، CC BY-SA 3.0 IGO

یک تیم بین‌المللی از محققان کشف کرده‌اند که چه چیزی ممکن است یک گام مهم در تکامل شیمیایی مولکولها در “مهد کودکهای ستاره‌ای” کیهانی باشد. در این ابرهای پرجرم گاز سرد و غبار در فضا، تریلیون‌ها مولکول در طول میلیون‌ها سال با هم می‌چرخند. فروپاشی این ابرهای بین ستاره‌ای در نهایت باعث پیدایش ستارگان و سیارات جوان می‌شود.

مانند بدن انسان، مهدکودک‌های ستاره‌ای حاوی تعداد زیادی مولکول آلی هستند که بیشتر از اتم‌های کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند. نتایج این گروه، نشان می‌دهد که چگونه مولکول‌های آلی بزرگی ممکن است درون این ابرها شکل بگیرند. این یک گام کوچک در سفر شیمیایی چندین ساله است که اتم‌های کربن متحمل می‌شوند: تشکیل در قلب ستاره‌های در حال مرگ، سپس تبدیل شدن به بخشی از سیارات، موجودات زنده روی زمین و شاید فراتر از آن.

جوردی بومن، دستیار پژوهشی در آزمایشگاه فیزیک جوی و فضایی (LASP) و استادیار دانشگاه می گوید: “در این ابرهای مولکولی سرد، شما اولین بلوک‌های ساختمانی را ایجاد می‌کنید که در نهایت ستاره‌ها و سیارات را تشکیل می‌دهند.” گروه شیمی در دانشگاه کلرادو بولدر.

برای مطالعه جدید، بومن و همکارانش به طور خاص در یک مهدکودک ستارگان شیرجه زدند: ابر مولکولی ثور (TMC-1). این منطقه در صورت فلکی ثور قرار دارد و تقریباً 440 سال نوری (بیش از 2 کوادریلیون مایل) از زمین فاصله دارد. این محیط پیچیده شیمیایی نمونه‌ای از چیزی است که اخترشناسان آن را “هسته بدون ستاره برافزایشی” می‌نامند. ابر آن شروع به فروپاشی کرده است، اما دانشمندان هنوز ستارگان جنینی در حال ظهور در داخل آن را شناسایی نکرده اند.

یافته‌های این تیم وابسته به یک مولکول فریبنده ساده به نام ارتو بنزین است. محققان با استفاده از آزمایش‌های روی زمین و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان دادند که این مولکول می‌تواند به راحتی با سایر مولکول‌ها در فضا ترکیب شود و طیف وسیعی از مولکول‌های آلی بزرگ‌تر را تشکیل دهد.

به عبارت دیگر، بلوکهای ساختمانی کوچک، به بلوکهای ساختمانی بزرگ تبدیل می‌شوند.

و بومن گفت، این واکنش‌ها می‌تواند نشانه‌ای از این باشد که مهدکودک‌های ستاره‌ای بسیار جالب‌تر از آن چیزی هستند که دانشمندان به آن‌ها اعتبار می‌دهند.

او گفت: «ما فقط در آغاز درک واقعی هستیم که چگونه از این بلوک‌های سازنده کوچک به مولکول‌های بزرگتر می‌رویم. “من فکر می‌کنم ما متوجه خواهیم شد که این شیمی، حتی در مراحل اولیه شکل گیری ستاره بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم.”

 مشاهده سرنوشت ساز

بومن کیهان‌شیمی‌دانی است که در زمینه‌ای مطالعه می‌کند که شیمی و نجوم را با هم ترکیب می‌کند تا واکنش‌های شیمیایی را درک کند که در اعماق فضا اتفاق می‌افتد.

او گفت که در ظاهر، ابرهای مولکولی سرد ممکن است مانند کانونی از فعالیت شیمیایی به نظر نرسند. همانطور که از نامشان پیداست، این سوپ‌های کهکشانی منجمد هستند و اغلب در حوالی -263 درجه سانتیگراد (حدود -440 درجه فارنهایت)، فقط 10 درجه بالاتر از صفر مطلق قرار دارند. اکثر واکنشها حداقل به کمی گرما برای شروع نیاز دارند.

اما به نظر می‌رسد سرد یا نه، شیمی پیچیده در مهد کودکهای ستاره‌ای اتفاق می‌افتد. TMC-1، به ویژه، حاوی غلظت‌های شگفت‌انگیز مولکول‌های آلی نسبتا بزرگ با نامهایی مانند فولونالن و 1- و 2-اتینیل سیکلوپنتادین است. شیمیدانان آنها را “ترکیبات حلقه‌ای پنج عضوی” می‌نامند زیرا هر کدام حاوی حلقه‌ای از اتم های کربن به شکل پنج ضلعی هستند.

بومن گفت: «محققان به شناسایی این مولکول‌ها در TMC-1 ادامه دادند، اما منشا آنها نامشخص بود.

اکنون او و همکارانش فکر می‌کنند که پاسخی دارند.

در سال 2021، محققان با استفاده از رادیوتلسکوپ 40 متری Yebes در اسپانیا یک مولکول غیرمنتظره را پیدا کردند که در ابرهای گاز TMC-1 پنهان شده بود: ارتو بنزین. بومن توضیح داد که این مولکول کوچک که از حلقه‌ای متشکل از شش اتم کربن با چهار هیدروژن تشکیل شده است، یکی از برونگراهای دنیای شیمی است. به راحتی با تعدادی از مولکول‌های دیگر تعامل می‌کند و برای انجام این کار به گرمای زیادی نیاز ندارد.

بومن گفت: “هیچ مانعی برای واکنش وجود ندارد.” این بدان معناست که پتانسیل ایجاد شیمی پیچیده در محیط های سرد را دارد.

شناسایی مقصر

بومن و همکارانش – که اهل ایالات متحده، آلمان، هلند و سوئیس هستند – برای اینکه بفهمند چه نوع شیمی پیچیده‌ای در TMC-1 اتفاق می‌افتد، به تکنیکی به نام “طیف‌سنجی تصادفی فوتوالکترون” روی آوردند. این تیم از نور تولید شده توسط یک مرکز غول‌پیکر به نام منبع نور سنکروترون برای شناسایی محصولات واکنش‌های شیمیایی استفاده کردند. آنها دیدند که رادیکال‌های ارتو بنزین و متیل، یکی دیگر از اجزای رایج ابرهای مولکولی، به آسانی ترکیب می‌شوند و ترکیبات آلی بزرگ‌تر و پیچیده‌تری را تشکیل می‌دهند.

بومن گفت: “ما می‌دانستیم که به چیز خوبی رسیده‌ایم.”

سپس این تیم از مدل‌های کامپیوتری استفاده کردند تا نقش ارتو بنزین را در یک مهد کودک ستاره‌ای که در طول چندین سال نوری در اعماق فضا گسترش یافته است، کشف کنند. نتایج امیدوارکننده بود: مدل‌ها ابرهای گازی حاوی تقریباً همان ترکیبی از مولکول‌های آلی را تولید کردند که اخترشناسان در TMC-1 با استفاده از تلسکوپ مشاهده کرده بودند.

بومن گفت، به عبارت دیگر، اورتو بنزین کاندیدای اصلی برای هدایت شیمی آلی فاز گازی است که در این مهدکودک‌های ستاره‌ای رخ می‌دهد.

او افزود که دانشمندان هنوز کار زیادی برای انجام دادن دارند تا به طور کامل تمام واکنش‌هایی را درک کنند که در TMC-1 رخ می‌دهند. برای مثال، او می‌خواهد بررسی کند که چگونه مولکول‌های آلی در فضا اتم‌های نیتروژن – اجزای کلیدی DNA و اسیدهای آمینه موجودات زنده روی زمین را نیز می‌گیرند.

بومن می‌گوید: «یافته‌های ما ممکن است دیدگاه ما را در مورد مواد اولیه برای تشکیل ستاره‌های جدید و سیارات جدید تغییر دهد.

محققان دانشگاه لیدن در هلند، کالج بندیکتین در ایالات متحده، دانشگاه وورزبورگ در آلمان و موسسه پل شرر در سوئیس از جمله نویسندگان این مقاله جدید هستند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

A star is born: Study reveals complex chemistry inside ‘stellar nurseries’

by Daniel Strain, University of Colorado at Boulder FEBRUARY 6, 2023

https://phys.org/news/2023-02-star-born-reveals-complex-chemistry.html