Sporing af den kosmiske oprindelse af komplekse organiske molekyler med deres radiofrekvensfodaftryk

Livets oprindelse på Jorden er et emne, der har vakt menneskelig nysgerrighed siden sandsynligvis før den registrerede historie begyndte. Men hvordan ankom det organiske stof, der udgør livsformer, overhovedet til vores planet? Selvom dette stadig er et emne for debat blandt forskere og praktikere inden for beslægtede områder, en tilgang til at besvare dette spørgsmål involverer at finde og studere komplekse organiske molekyler (COM'er) i det ydre rum.

Mange videnskabsmænd har rapporteret, at de har fundet alle slags COM'er i molekylære skyer - gigantiske områder i det interstellare rum, der indeholder forskellige typer gasser. Dette gøres normalt ved hjælp af radioteleskoper, som måler og optager radiofrekvensbølger for at give en frekvensprofil af den indkommende stråling kaldet spektrum. Molekyler i rummet roterer normalt i forskellige retninger, og de udsender eller absorberer radiobølger ved meget specifikke frekvenser, når deres rotationshastighed ændres. Nuværende fysik- og kemimodeller giver os mulighed for at tilnærme sammensætningen af, hvad et radioteleskop peger på, via analyse af intensiteten af ​​den indkommende stråling ved disse frekvenser.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , Dr. Mitsunori Araki fra Tokyo University of Science, sammen med andre videnskabsmænd fra hele Japan, tacklede et vanskeligt spørgsmål i søgningen efter interstellare COM'er:hvordan kan vi hævde tilstedeværelsen af ​​COM'er i de mindre tætte områder af molekylære skyer? Fordi molekyler i rummet for det meste får energi fra kollisioner med brintmolekyler, COM'er i lavdensitetsområderne af molekylære skyer udsender færre radiobølger, gør det svært for os at opdage dem. Imidlertid, Dr. Araki og hans team tog en anden tilgang baseret på et særligt organisk molekyle kaldet acetonitril (CH ³ CN).

Acetonitril er et aflangt molekyle, der har to uafhængige måder at rotere på:omkring sin lange akse, som en snurretop, eller som om det var en blyant, der snurrer rundt om din tommelfinger. Sidstnævnte type rotation har en tendens til spontant at bremse på grund af emission af radiobølger og, i områder med lav tæthed af molekylære skyer, det bliver naturligt mindre energisk eller "koldt".

I modsætning, den anden type rotation udsender ikke stråling og forbliver derfor aktiv uden at bremse. Denne særlige opførsel af acetonitril-molekylet var grundlaget for, at Dr. Araki og hans team formåede at opdage det. Han forklarer:"I områder med lav tæthed af molekylære skyer, andelen af ​​acetonitrilmolekyler, der roterer som en snurretop, bør være højere. Dermed, det kan udledes, at en ekstrem tilstand, hvor mange af dem ville rotere på denne måde, burde eksistere. Vores forskerhold var, imidlertid, den første til at forudsige dens eksistens, udvalgte astronomiske kroppe, der kunne observeres, og faktisk begynde at udforske."

I stedet for at gå efter radiobølgeemissioner, de fokuserede på radiobølgeabsorption. Den kolde tilstand af lavdensitetsregionen, hvis befolket af acetonitrilmolekyler, skulle have en forudsigelig effekt på den stråling, der stammer fra himmellegemer som stjerner og går igennem den. Med andre ord, spektret af et udstrålende legeme, som vi opfatter på Jorden som værende bag et område med lav tæthed, vil blive filtreret af acetonitrilmolekyler, der snurrer som en top på en beregnelig måde, før den når vores teleskop på jorden. Derfor, Dr. Araki og hans team skulle omhyggeligt udvælge udstrålende kroppe, der kunne bruges som et passende baggrundslys for at se, om skyggen af ​​kold acetonitril dukkede op i det målte spektrum. Til denne ende, de brugte 45 m radioteleskopet fra Nobeyama Radio Observatory, Japan, at udforske denne effekt i et lavdensitetsområde omkring "Skyttens molekylære sky Sgr B2(M), "en af ​​de største molekylære skyer i nærheden af ​​centrum af vores galakse.

Efter omhyggelig analyse af de målte spektre, forskerne konkluderede, at den analyserede region var rig på acetonitrilmolekyler, der roterede som en snurretop; andelen af ​​molekyler, der roterede på denne måde, var faktisk den højeste nogensinde registreret. Spændt på resultaterne, Dr. Araki bemærker:"Ved at overveje den særlige opførsel af acetonitril, dens mængde i lavdensitetsområdet omkring Sgr B2(M) kan bestemmes nøjagtigt. Fordi acetonitril er en repræsentativ COM i rummet, at kende dens mængde og fordeling gennem rummet kan hjælpe os med at undersøge den overordnede fordeling af organisk stof."

Ultimativt, denne undersøgelse kan ikke kun give os nogle fingerpeg om, hvor de molekyler, der tilpasser os, kom fra, men også tjene som data for den tid, hvor mennesker formår at vove sig uden for solsystemet.