GBT -detektion låser efterforskning af aromatisk interstellar kemi op

Astronomer havde et mysterium på hænderne. Uanset hvor de så ud, inde fra Mælkevejen til fjerne galakser, de observerede et forvirrende skær af infrarødt lys. Dette svage kosmiske lys, der præsenterer sig som en række pigge i det infrarøde spektrum, havde ingen let identificerbar kilde. Det virkede ikke relateret til nogen genkendelig kosmisk funktion, som kæmpe interstellare skyer, stjernedannende områder, eller supernova -rester. Det var allestedsnærværende og lidt forvirrende.

Den sandsynlige synder, videnskabsfolk udledte til sidst, var den iboende infrarøde emission fra en klasse af organiske molekyler kendt som polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er), hvilken, videnskabsfolk ville senere opdage, er utroligt rigelige; næsten 10 procent af alt kulstof i universet er bundet i PAH’er.

Selv om, som en gruppe, PAH'er syntes at være svaret på dette mysterium, ingen af ​​de hundredvis af PAH -molekyler, der vides at eksistere, var nogensinde blevet endeligt afsløret i interstellært rum.

Nye data fra National Science Foundation's Green Bank Telescope (GBT) viser, for første gang, de overbevisende radiofingeraftryk af en nær fætter og kemisk forløber for PAH'er, molekylet benzonitril (C6H5CN). Denne opdagelse kan endelig give den "rygende pistol", som PAH'er faktisk er spredt i det interstellare rum og tegne sig for de mystiske infrarøde lys astronomer havde observeret.

Resultaterne af denne undersøgelse præsenteres i dag på det 231. møde i American Astronomical Society (AAS) i Washington, D.C., og offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

Videnskabsteamet, ledet af kemiker Brett McGuire ved National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville, Virginia, opdaget dette molekyls radiotalende signatur, der kommer fra en stjernedannende tåge i nærheden kendt som Taurus Molecular Cloud 1 (TCM-1), som er omkring 430 lysår fra Jorden.

"Disse nye radioobservationer har givet os mere indsigt, end infrarøde observationer kan give, "sagde McGuire." Selvom vi endnu ikke har observeret polycykliske aromatiske kulbrinter direkte, vi forstår deres kemi ganske godt. Vi kan nu følge de kemiske brødkrummer fra simple molekyler som benzonitril til disse større PAH'er. "

Selvom benzonitril er et af de enkleste såkaldte aromatiske molekyler, det er faktisk det største molekyle, der nogensinde er set af radioastronomi. Det er også det første 6-atoms aromatiske ring (et sekskantet array af carbonatomer, der er fyldt med hydrogenatomer), der nogensinde er blevet opdaget med et radioteleskop.

Mens aromatiske ringe er almindelige i molekyler set her på Jorden (de findes i alt fra mad til medicin), dette er det første sådant ringmolekyle, der nogensinde er set i rummet med radioastronomi. Dens unikke struktur gjorde det muligt for forskerne at drille sin karakteristiske radiosignatur ud, som er "guldstandarden", når man bekræfter tilstedeværelsen af ​​molekyler i rummet.

Når molekyler tumler i det nærmeste vakuum i det interstellare rum, de afgiver en markant signatur, en række talende pigge, der optræder i radiospektret. Større og mere komplekse molekyler har en tilsvarende mere kompleks signatur, gør dem sværere at opdage. PAH'er og andre aromatiske molekyler er endnu vanskeligere at opdage, fordi de typisk dannes med meget symmetriske strukturer.

For at producere et tydeligt radiofingeraftryk, molekyler skal være noget asymmetriske. Molekyler med mere ensartede strukturer, ligesom mange PAH'er, kan have meget svage signaturer eller slet ingen signatur ..

Benzonitriles skæve kemiske arrangement gav McGuire og hans team mulighed for at identificere ni forskellige pigge i radiospektret, der svarer til molekylet. De kunne også observere de yderligere virkninger af nitrogenatomkerner på radiosignaturen.

"Beviset for, at GBT tillod os at samle til denne opdagelse, er utroligt, "sagde McGuire." Da vi leder efter endnu større og mere interessante molekyler, vi får brug for GBT's følsomhed, som har unikke muligheder som en kosmisk molekyledetektor. "