En desinfektionsmiddel i det galaktiske centerområde

En international gruppe af forskere ledet af Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Tyskland) rapporterer den første identifikation af isopropanol i det interstellare rum, et stof, der bruges som desinficeringsmiddel på Jorden. Iso-propanol er den hidtil største alkohol, der er opdaget, hvilket viser den stigende kompleksitet af medlemmer af en af ​​de mest talrige klasser af molekyler, der kan findes i rummet. Identifikationen blev gjort mulig takket være observationer af det stjernedannende område Sagittarius B2 (Sgr B2) tæt på midten af ​​vores galakse, hvor mange molekyler allerede er blevet opdaget. Det er målet for en udvidet undersøgelse af dens kemiske sammensætning med ALMA-teleskopet i Chile.

Søgen efter molekyler i rummet har stået på i mere end 50 år. Til dato har astronomer identificeret 276 molekyler i det interstellare medium. Köln-databasen for molekylær spektroskopi (CDMS) leverer spektroskopiske data til påvisning af disse molekyler, bidraget fra mange forskningsgrupper, og har været medvirkende til deres påvisning i mange tilfælde.

Målet med dette arbejde er at forstå, hvordan organiske molekyler dannes i det interstellare medium, især i områder, hvor nye stjerner fødes, og hvor komplekse disse molekyler kan være. Den underliggende motivation er at etablere forbindelser til den kemiske sammensætning af legemer i solsystemet, såsom kometer, som f.eks. blev leveret af Rosetta-missionen til kometen Churyumov-Gerasimenko for et par år siden.

Et enestående stjernedannende område i vores galakse, hvor mange molekyler blev opdaget i fortiden, er Skytten B2 (Sgr B2), som er placeret tæt på den berømte kilde Sgr A*, det supermassive sorte hul i midten af ​​vores galakse.

"Vores gruppe begyndte at undersøge den kemiske sammensætning af Sgr B2 for mere end 15 år siden med IRAM 30-m teleskopet," siger Arnaud Belloche fra Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn/Tyskland, den førende forfatter til detektionspapir. "Disse observationer var vellykkede og førte især til den første interstellare påvisning af flere organiske molekyler, blandt mange andre resultater."

Med fremkomsten af ​​Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for ti år siden blev det muligt at gå ud over, hvad der kunne opnås i retning af Sgr B2 med et enkelt-skål teleskop og en langsigtet undersøgelse af den kemiske sammensætning af Sgr B2 blev startet, der udnyttede den høje vinkelopløsning og følsomhed leveret af ALMA.

Indtil videre har ALMA-observationerne ført til identifikation af tre nye organiske molekyler (iso-propylcyanid, N-methylformamid, urinstof) siden 2014. Det seneste resultat inden for dette ALMA-projekt er nu påvisningen af ​​propanol (C₃₎ H₇ Åh).

Propanol er en alkohol, og er nu den største i denne klasse af molekyler, der er blevet opdaget i det interstellare rum. Dette molekyle findes i to former ("isomerer"), afhængigt af hvilket carbonatom den funktionelle hydroxylgruppe (OH) er knyttet til:1) normal-propanol, med OH bundet til et terminalt carbonatom i kæden, og 2) iso -propanol, med OH bundet til det centrale carbonatom i kæden. Iso-propanol er også kendt som nøgleingrediensen i håndsprit på Jorden. Begge isomerer af propanol i Sgr B2 blev identificeret i ALMA-datasættet. Det er første gang, at isopropanol detekteres i det interstellare medium, og første gang, at normalpropanol detekteres i et stjernedannende område. Den første interstellare detektion af normal-propanol blev opnået kort før ALMA-detektionen af ​​et spansk forskerhold med single-dish radioteleskoper i en molekylær sky ikke langt fra Sgr B2. Påvisningen af ​​isopropanol mod Sgr B2 var dog kun mulig med ALMA.

"Detekteringen af ​​begge isomerer af propanol er enestående kraftfuld til at bestemme dannelsesmekanismen for hver enkelt. Fordi de ligner hinanden så meget, opfører de sig fysisk på meget ens måder, hvilket betyder, at de to molekyler skal være til stede de samme steder på samme tid. gange," siger Rob Garrod fra University of Virginia (Charlottesville/U.S.). "Det eneste åbne spørgsmål er de nøjagtige mængder, der er til stede - dette gør deres interstellare forhold langt mere præcist, end det ville være tilfældet for andre molekylepar. Det betyder også, at det kemiske netværk kan tunes meget mere omhyggeligt for at bestemme mekanismerne vha. som de danner."

ALMA-teleskopnetværket var afgørende for detektionen af ​​begge isomerer af propanol mod Sgr B2, takket være dets høje følsomhed, dets høje vinkelopløsning og dets brede frekvensdækning. En vanskelighed ved identifikation af organiske molekyler i spektrene af stjernedannende områder er den spektrale forvirring. Hvert molekyle udsender stråling ved bestemte frekvenser, dets spektrale "fingeraftryk", som er kendt fra laboratoriemålinger.

"Jo større molekylet er, jo flere spektrallinjer ved forskellige frekvenser producerer det. I en kilde som Sgr B2 er der så mange molekyler, der bidrager til den observerede stråling, at deres spektre overlapper hinanden, og det er svært at skille deres fingeraftryk ad og identificere dem individuelt, " siger Holger Müller fra Köln Universitet, hvor der blev udført laboratoriearbejde især med normal-propanol.

Takket være ALMAs høje vinkelopløsning var det muligt at isolere dele af Sgr B2, der udsender meget smalle spektrallinjer, fem gange smallere end de linjer, der blev detekteret på større skalaer med IRAM 30-m radioteleskopet. Snæverheden af ​​disse linjer reducerer den spektrale forvirring, og dette var nøglen til identifikation af begge isomerer af propanol i Sgr B2. Følsomheden af ​​ALMA spillede også en nøglerolle:det ville ikke have været muligt at identificere propanol i de indsamlede data, hvis følsomheden kun havde været to gange værre.

Denne forskning er en langvarig indsats for at undersøge den kemiske sammensætning af steder i Sgr B2, hvor nye stjerner er ved at blive dannet, og derved forstå de kemiske processer, der arbejder i løbet af stjernedannelsen. Målet er at bestemme den kemiske sammensætning af de stjernedannende steder og muligvis identificere nye interstellare molekyler. "Propanol har længe været på vores liste over molekyler at søge efter, men det er kun takket være det seneste arbejde udført i vores laboratorium for at karakterisere dets rotationsspektrum, at vi kunne identificere dets to isomerer på en robust måde," siger Oliver Zingsheim, også fra Köln Universitet.

Detektering af nært beslægtede molekyler, der er lidt forskellige i deres struktur (såsom normal- og isopropanol eller, som det blev gjort tidligere:normal- og isopropylcyanid) og måling af deres overflodsforhold gør det muligt for forskerne at sondere specifikke dele af kemisk reaktionsnetværk, der fører til deres produktion i det interstellare medium.

"Der er stadig mange uidentificerede spektrallinjer i ALMA-spektret af Sgr B2, hvilket betyder, at der stadig er meget arbejde tilbage for at dechifrere dens kemiske sammensætning. I den nærmeste fremtid vil udvidelsen af ​​ALMA-instrumenteringen ned til lavere frekvenser sandsynligvis hjælpe os at reducere den spektrale forvirring endnu mere og muligvis tillade identifikation af yderligere organiske molekyler i denne spektakulære kilde," konkluderer Karl Menten, direktør ved MPIfR og leder af dens Millimeter- og Submillimeter Astronomy-forskningsafdeling.

Den billeddannende spektrallinjeundersøgelse ReMoCA udført med ALMA ved høj vinkelopløsning og resultaterne af en nylig spektroskopisk undersøgelse af propanol blev brugt til at søge efter iso- og normale isomerer af propanolmolekylet i den varme molekylære kerne Sgr B2(N2) i nabolaget af det galaktiske centrum. De interferometriske spektre blev analyseret under antagelsen om lokal termodynamisk ligevægt. Reaktionsnetværket for den astrokemiske model MAGICKAL blev udvidet for at udforske dannelsesvejene for propanol og for at sætte observationsresultaterne ind i en bredere astrokemisk kontekst.

De tilknyttede undersøgelser blev offentliggjort i Astronomy &Astrophysics . + Udforsk yderligere

FDA advarer om hånddesinfektionsmidler, der er plettet med 1-propanol