کشف یک مولکول جدید و ناشناخته در فضا

01

از 03

درک مولکول‌های فضایی

فرید توضیح می‌دهد: گروه ما تلاش می‌کند بفهمد چه مولکول‌هایی در مناطقی از فضا وجود دارند که در نهایت ستاره‌ها و منظومه‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند. این کار به ما امکان می‌دهد تا چگونگی تکامل شیمی در کنار فرآیند تشکیل ستاره و سیاره را با هم ترکیب کنیم. ما این کار را با نگاه کردن به طیف‌های چرخشی مولکول‌ها یعنی الگوهای منحصربه‌فرد نوری که هنگام فرورفتن سرتاسر در فضا از خود ساطع می‌کنند، انجام می‌دهیم. این الگوها مانند اثر انگشت (بارکد) برای مولکول‌ها هستند. برای شناسایی مولکول‌های جدید در فضا، ابتدا باید ایده‌ای داشته باشیم که می‌خواهیم به دنبال چه مولکولی بگردیم، سپس می‌توانیم طیف آن را در آزمایشگاه اینجا روی زمین ثبت کنیم و در نهایت با استفاده از تلسکوپ به دنبال آن طیف در فضا بگردیم.

02

از 03

جستجوی مولکول‌ها در فضا با یادگیری ماشینی

گروه مک‌گوایر اخیراً شروع به استفاده از یادگیری ماشینی برای پیشنهاد مولکول‌های هدف مناسب برای جستجو کرده است. در سال 2023، یکی از این مدل‌های یادگیری ماشینی به محققان پیشنهاد کرد مولکولی به نام 2-methoxyethanol را هدف قرار دهند.

فرید می‌گوید: تعدادی مولکول متوکسی مانند دی متیل اتر، متوکسی متانول، اتیل متیل اتر و متیل فرمات در فضا وجود دارد، اما 2-متوکسی اتانول بزرگترین و پیچیده‌ترین مولکولی است که تاکنون دیده شده است. برای شناسایی این مولکول با استفاده از مشاهدات رادیوتلسکوپی، محققان ابتدا نیاز به اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل طیف چرخشی آن بر روی زمین داشتند. محققان آزمایش‌هایی را از دانشگاه لیل فرانسه، کالج جدید فلوریدا (ساراسوتا، فلوریدا) و آزمایشگاه مک‌گوایر در MIT برای اندازه‌گیری این طیف در محدوده پهنای باند فرکانس‌های مختلف از مایکروویو تا زیر میلی‌متر ترکیب کردند.

داده‌های به‌دست‌آمده از این اندازه‌گیری‌ها امکان جستجوی مولکول را با استفاده از مشاهدات آرایه میلی‌متری یا زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) به سمت دو ناحیه ستاره‌زایی مجزا یعنی NGC 6334I و IRAS 16293-2422B می‌دهد. اعضای گروه مک‌گوایر این مشاهدات تلسکوپ را در کنار محققان رصدخانه ملی نجوم رادیویی (شارلوتزویل، ویرجینیا) و دانشگاه کپنهاگ، دانمارک تجزیه و تحلیل کردند.

03

از 03

اکتشافات پیشرفته و چشم اندازهای آینده

فرید می گوید: در نهایت ما 25 خط چرخشی 2-متوکسی اتانول را مشاهده کردیم که با سیگنال مولکولی مشاهده شده به سمت NGC 6334I (بارکد مطابقت دارد!) در یک راستا قرار گرفتند، بنابراین همین مسئله منجر به شناسایی ایمن 2-متوکسی اتانول در این منبع شد. این مشاهده به ما اجازه داد تا پارامترهای فیزیکی مانند فراوانی و دمای تحریک آن مولکول را به سمت NGC 6334I  استخراج کنیم. همچنین امکان بررسی مسیرهای احتمالی تشکیل شیمیایی از پیش‌سازهای بین ستاره‌ای شناخته شده را فراهم کرد.

اکتشافات مولکولی مانند این به محققان کمک می‌کنند تا پیشرفت پیچیدگی مولکولی در فضا را در طی فرآیند تشکیل ستاره درک کنند. 2- متوکسی اتانول که حاوی 13 اتم است، برای استانداردهای بین ستاره‌ای بسیار بزرگ است. تا سال 2021، تنها شش گونه بزرگتر از 13 اتم در خارج از منظومه شمسی شناسایی شد که همه آنها به صورت ساختارهای حلقه ای وجود داشتند.

فرید می‌گوید: مشاهدات مداوم مولکول‌های بزرگ و مشتق‌های بعدی از فراوانی آنها به ما امکان می‌دهد تا دانش خود را در مورد چگونگی تشکیل مولکول‌های بزرگ مؤثر و واکنش‌های خاصی که ممکن است تولید شوند، ارتقا دهیم. علاوه بر این، از آنجایی که ما این مولکول را در NGC 6334I شناسایی کردیم، اما نه در IRAS 16293-2422B، فرصتی منحصر به فرد برای بررسی چگونگی تاثیر شرایط فیزیکی متفاوت این دو منبع بر روی فرآیند شیمیایی که ممکن است رخ دهد، به ما ارائه شد.

(زیرنویس تصویر: دانشمندان برای اولین بار با استفاده از مشاهدات رادیوتلسکوپی منطقه ستاره‌زایی NGC 6334I، مولکول 2-متوکسی اتانول را در فضا شناسایی کردند)