Afbeelding tegoed: NRAO
Een team van wetenschappers dat de Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) van de National Science Foundation gebruikt, heeft twee nieuwe moleculen ontdekt in een interstellaire wolk nabij het centrum van de Melkweg. Deze ontdekking is de eerste detectie van nieuwe moleculen door de GBT en helpt astronomen al beter de complexe processen te begrijpen waarmee grote moleculen zich in de ruimte vormen.
Het 8-atoom molecuul propenal en het 10-atoom molecuul propanal werden gedetecteerd in een grote wolk van gas en stof op zo'n 26.000 lichtjaar afstand in een gebied dat bekend staat als Boogschutter B2. Dergelijke wolken, vaak met een doorsnede van vele lichtjaren, zijn de grondstof waaruit nieuwe sterren worden gevormd.
"Hoewel deze interstellaire wolken volgens de aardse normen zeer zeldzaam zijn, zijn ze de plaats van complexe chemische reacties die plaatsvinden over honderdduizenden of miljoenen jaren", zegt Jan M. Hollis van het NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. " In deze wolken kunnen zich na verloop van tijd steeds meer complexe moleculen vormen. Momenteel is er echter geen geaccepteerde theorie over hoe interstellaire moleculen met meer dan 5 atomen worden gevormd. ”
Tot nu toe zijn er in interstellaire wolken ongeveer 130 verschillende moleculen ontdekt. De meeste van deze moleculen bevatten een klein aantal atomen en in interstellaire wolken zijn maar een paar moleculen met acht of meer atomen gevonden. Elke keer dat een nieuw molecuul wordt ontdekt, helpt het de formatiechemie en de aard van interstellaire stofkorrels te beperken, waarvan wordt aangenomen dat ze de formatieplaatsen zijn van de meest complexe interstellaire moleculen.
Hollis werkte samen met Anthony Remijan, ook van NASA Goddard; Frank J. Lovas van het National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Md .; Harald Mollendal van de Universiteit van Oslo, Noorwegen; en Philip R. Jewell van de National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Green Bank, W.Va. Hun resultaten werden geaccepteerd voor publicatie in de Astrophysical Journal Letters.
In het GBT-experiment werden drie aldehydemoleculen waargenomen en deze lijken verband te houden door eenvoudige waterstofadditiereacties, die waarschijnlijk op het oppervlak van interstellaire korrels voorkomen. Een aldehyde is een molecuul dat de aldehydegroep (CHO) bevat: een koolstofatoom dat afzonderlijk is gebonden aan een waterstofatoom en dubbel is gebonden aan een zuurstofatoom; de resterende binding op datzelfde koolstofatoom bindt zich aan de rest van het molecuul.
Beginnend met eerder gerapporteerd propynaal (HC2CHO), wordt propenaal (CH2CHCHO) gevormd door twee waterstofatomen toe te voegen. Door hetzelfde proces wordt propanal (CH3CH2CHO) gevormd uit propenal.
Nadat deze moleculen op interstellaire stofkorrels zijn gevormd, kunnen ze als een diffuus gas worden uitgestoten. Als er zich voldoende moleculen in het gas ophopen, kunnen ze worden gedetecteerd met een radiotelescoop. Terwijl de moleculen end-to-end roteren, veranderen ze van de ene rotatie-energietoestand naar de andere, waarbij ze radiogolven uitzenden met nauwkeurige frequenties. De 'familie' van radiofrequenties die door een bepaald molecuul worden uitgezonden, vormt een unieke 'vingerafdruk' die wetenschappers kunnen gebruiken om dat molecuul te identificeren. De wetenschappers identificeerden de twee nieuwe aldehyden door een aantal radiofrequenties te detecteren in wat het K-bandgebied (18 tot 26 GHz) van het elektromagnetische spectrum wordt genoemd.
"Interstellaire moleculen worden geïdentificeerd door middel van de frequenties die uniek zijn voor het rotatiespectrum van elk molecuul", zegt Lovas. “Deze worden ofwel direct gemeten in het laboratorium ofwel berekend uit de gemeten data. In dit geval hebben we de berekende spectrale frequenties gebruikt op basis van een analyse van de literatuurgegevens. ”
Complexe moleculen in de ruimte zijn om vele redenen interessant, waaronder hun mogelijke verband met de vorming van biologisch significante moleculen op de vroege aarde. Er kunnen zich complexe moleculen hebben gevormd op de vroege aarde, of ze kunnen zich eerst hebben gevormd in interstellaire wolken en naar het aardoppervlak zijn getransporteerd.
Moleculen met de aldehydegroep zijn bijzonder interessant omdat verschillende biologisch belangrijke moleculen, waaronder een familie van suikermoleculen, aldehyden zijn.
"De GBT kan worden gebruikt om de mogelijkheid volledig te onderzoeken dat er een aanzienlijke hoeveelheid prebiotische chemie kan plaatsvinden in de ruimte lang voordat deze plaatsvindt op een nieuw gevormde planeet", zegt Remijan. “Kometen ontstaan uit interstellaire wolken en bombarderen onophoudelijk een nieuw gevormde planeet in het begin van zijn geschiedenis. Kraters op onze maan getuigen hiervan. Kometen kunnen dus de transportmiddelen zijn voor organische moleculen die nodig zijn om het leven op een nieuwe planeet te laten beginnen. '
Laboratoriumexperimenten tonen ook aan dat atoomadditiereacties - vergelijkbaar met die waarvan wordt aangenomen dat ze in interstellaire wolken voorkomen - een rol spelen bij het synthetiseren van complexe moleculen door ijs dat eenvoudiger moleculen bevat, zoals water, kooldioxide en methanol, te onderwerpen aan ioniserende stralingsdoses. Zo kunnen nu laboratoriumexperimenten worden bedacht met verschillende ijscomponenten om te proberen de met de GBT waargenomen aldehyden te produceren.
“De detectie van de twee nieuwe aldehyden, die verwant zijn aan een gemeenschappelijke chemische route die waterstofadditie wordt genoemd, toont aan dat evolutie naar complexere soorten routinematig plaatsvindt in interstellaire wolken en dat een relatief eenvoudig mechanisme grote moleculen kan bouwen uit kleinere. De GBT is nu een belangrijk instrument bij het onderzoeken van de chemische evolutie in de ruimte, 'zei Hollis.
De GBT is 's werelds grootste volledig bestuurbare radiotelescoop; het wordt beheerd door de NRAO.
“Door de grote diameter en hoge precisie van de GBT konden we kleine interstellaire wolken bestuderen die de straling van een heldere achtergrondbron kunnen absorberen. De gevoeligheid en flexibiliteit van de telescoop gaven ons een belangrijk nieuw hulpmiddel voor de studie van complexe interstellaire moleculen, 'zei Jewell.
De National Radio Astronomy Observatory is een faciliteit van de National Science Foundation en wordt beheerd in samenwerking met Associated Universities, Inc.
Oorspronkelijke bron: NRAO-persbericht
