Нове дослідження групи професора Массачусетського технологічного інституту Бретта Макгуайра виявило присутність у космосі раніше невідомої молекули. Стаття команди у відкритому доступі «Обертальний спектр і перше міжзоряне виявлення 2-метоксиетанолу за допомогою спостережень ALMA за NGC 6334I» була опублікована у випуску The Astrophysical Journal Letters 12 квітня.
Закарі Т. П. Фрід, аспірант групи МакГуайра та провідний автор публікації, працював над складанням головоломки, яка складалася з частин, зібраних з усього світу, виходячи за межі MIT до Франції, Флориди, Вірджинії та Копенгагена, щоб досягти цього захоплюючого відкриття.
«Наша група намагається зрозуміти, які молекули присутні в регіонах космосу, де зірки та сонячні системи врешті-решт оформляться», — пояснює Фрід. «Це дозволяє нам об’єднати, як хімія розвивається разом із процесом утворення зірок і планет. Ми робимо це, дивлячись на обертальні спектри молекул, унікальні шаблони світла, яке вони випромінюють, перекидаючись сам на сам у просторі.
«Ці візерунки є відбитками пальців (штрих-кодами) для молекул. Щоб виявити нові молекули в космосі, ми спочатку повинні мати уявлення про те, яку молекулу ми хочемо шукати, потім ми можемо записати її спектр у лабораторії тут, на Землі, а потім, нарешті, ми шукайте цей спектр у космосі за допомогою телескопів».
Пошук молекул у космосі
McGuire Group нещодавно почала використовувати машинне навчання, щоб запропонувати хороші цільові молекули для пошуку. У 2023 році одна з цих моделей машинного навчання запропонувала дослідникам націлитися на молекулу, відому як 2-метоксиетанол.
«У космосі є кілька «метокси» молекул, як-от диметиловий ефір, метоксиметанол, етилметиловий ефір і метилформіат, але 2-метоксиетанол був би найбільшим і найскладнішим з тих, що коли-небудь бачили», — каже Фрід.
Щоб виявити цю молекулу за допомогою спостережень за допомогою радіотелескопа, групі спочатку потрібно було виміряти та проаналізувати її обертальний спектр на Землі. Дослідники об’єднали експерименти з Університету Лілля (Лілль, Франція), Нового коледжу Флориди (Сарасота, штат Флорида) та лабораторії Макгуайра в MIT, щоб виміряти цей спектр у широкосмуговій області частот від мікрохвиль до субміліметрів. хвильові режими (приблизно від 8 до 500 гігагерц).
Дані, отримані в результаті цих вимірювань, дозволили здійснити пошук молекули за допомогою спостережень Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) у двох окремих областях зореутворення: NGC 6334I та IRAS 16293-2422B. Члени групи McGuire проаналізували ці спостереження телескопа разом із дослідниками з Національної радіоастрономічної обсерваторії (Шарлотсвіль, Вірджинія) та Університету Копенгагена, Данія.
«Зрештою, ми спостерігали 25 обертових ліній 2-метоксиетанолу, які вишикувалися з молекулярним сигналом, що спостерігався в напрямку NGC 6334I (штрих-код збігся), що призвело до надійного виявлення 2-метоксиетанолу в цьому джерелі», — говорить Фрід. «Це дозволило нам потім отримати фізичні параметри молекули до NGC 6334I, такі як її поширеність і температура збудження. Це також дозволило дослідити можливі шляхи хімічного утворення з відомих міжзоряних попередників».
Дивлячись вперед
Такі молекулярні відкриття допомагають дослідникам краще зрозуміти розвиток молекулярної складності в космосі під час процесу утворення зірок. 2-метоксиетанол, який містить 13 атомів, є досить великим для міжзоряних стандартів — станом на 2021 рік за межами Сонячної системи було виявлено лише шість видів із розміром понад 13 атомів, багато з яких групою МакГуайра, і всі вони існують як кільцеві структури.
«Постійні спостереження за великими молекулами та подальші визначення їх вмісту дозволяють нам поглибити наші знання про те, наскільки ефективно можуть утворюватися великі молекули та за допомогою яких конкретних реакцій вони можуть виникати», — каже Фрід.
«Крім того, оскільки ми виявили цю молекулу в NGC 6334I, але не в IRAS 16293-2422B, ми отримали унікальну можливість вивчити, як різні фізичні умови цих двох джерел можуть впливати на хімію, яка може виникнути».
