Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden bilim insanları, yıldızlararası bulutta büyük miktarda, polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) olarak bilinen, karbon içeren büyük bir molekül olan piren keşfettiler.
Bu keşif, pirenin güneş sistemimizdeki karbonun çoğunun kaynağı olabileceğini düşündürmektedir. Bu hipotez, yakın zamanda Dünya’ya yakın asteroit Ryugu’dan getirilen örneklerde büyük miktarda piren bulunmasıyla destekleniyor.
“Yıldızların ve gezegenlerin oluşumundaki ana sorulardan biri şudur: Bu erken moleküler bulutun kimyasının ne kadarı kalıtsaldır ve güneş sisteminin temel bileşenlerini oluşturur? Başına da sonuna da bakıyoruz, onlar da aynı şeyi gösteriyor. MIT’de kimya yardımcı doçenti Brett McGuire, “Bu, erken moleküler buluttan gelen bu malzemenin güneş sistemimizi oluşturan buz, toz ve kayalık kütlelere ulaştığına dair oldukça güçlü bir kanıt” diyor.
Piren, Batı Virginia’daki Green Bank Gözlemevi’ndeki bir radyo teleskopu olan 100 metrelik GBT tarafından TMC-1 moleküler bulutunda keşfedildi.
Birbirine bağlı karbon atomu halkaları içeren PAH’lar, uzayda bulunan karbonun %10 ila %25’ini depolar. 40 yılı aşkın bir süre önce, kızılötesi teleskoplar kullanan bilim insanları, uzaydaki PAH’ların titreşim modlarına ait olduğuna inanılan özellikleri tespit etmeye başladı ancak teknik, orada ne tür PAH’ların bulunduğunu tam olarak belirleyemedi.
PAH hipotezi 1980’lerde geliştirildiğinden bu yana pek çok kişi PAH’ların uzayda var olduğu ve meteorlarda, kuyruklu yıldızlarda ve asteroit örneklerinde bulunduğu konusunda hemfikirdir; ancak uzaydaki bireysel PAH’ları açık bir şekilde tanımlamak için kızılötesi spektroskopiyi kullanamayız.
MIT’den Gabi Wenzel ve McGuire’ın araştırma grubu, çalışmanın baş yazarı
2018 yılında McGuire liderliğindeki bir ekip, TMC-1’de bir nitril (karbon-nitrojen) grubuna bağlı altı karbonlu bir halka olan benzonitrilin keşfini bildirdi. Bu keşif için bilim insanları, uzaydaki molekülleri, moleküllerin yaydığı dönme spektrumlarıyla tespit edebilen GBT’yi kullandılar. Ekip 2021’de uzaydaki ilk bireysel PAH’ları keşfetti: bir halkaya bağlı bir nitril grubu ile birbirine kaynaşmış iki halkadan oluşan iki siyanonaftalin izomeri.
PAH’lar Dünya’da genellikle fosil yakıtların yakılmasının yan ürünleri olarak bulunur ve ayrıca kömür kalıntılarında da bulunabilir. Sadece yaklaşık 10 kelvin olan TMC-1’deki keşifleri, bunların çok düşük sıcaklıklarda da oluşabileceğini gösteriyor.
PAH’ların meteoritlerde, asteroitlerde ve kuyruklu yıldızlarda da bulunmuş olması, birçok bilim insanının PAH’ların Güneş Sistemini oluşturan karbonun çoğunun kaynağı olduğu yönünde hipotez kurmasına yol açtı. 2023 yılında Japonya’daki araştırmacılar, Hayabusa2 görevi sırasında asteroit Ryugu’dan alınan örneklerde büyük miktarda piren ve naftalin dahil daha küçük PAH’lar keşfettiler.
Bu keşif McGuire ve meslektaşlarını TMC-1’de piren aramaya yöneltti. Dört halka içeren piren, uzayda bulunan diğer tüm PAH’lardan daha büyüktür. Aslında uzayda bulunan üçüncü büyük moleküldür ve radyo astronomi kullanılarak keşfedilen en büyük moleküldür.
Bu molekülleri aramadan önce araştırmacıların ilk olarak laboratuvarda siyanopirini sentezlemeleri gerekiyordu. Molekülün radyo teleskopu tarafından tespit edilebilecek bir sinyal yayması için siyano veya nitril grubu gereklidir. Sentez, MIT’de kimya alanında yardımcı doçent olan Alison Wendlandt’ın grubunda MIT yüksek lisans öğrencisi Shuo Zhang tarafından gerçekleştirildi.
Araştırmacılar daha sonra laboratuvarda moleküllerin yaydığı sinyalleri analiz etti ve bunların uzayda yaydıkları sinyallerle tamamen aynı olduğu ortaya çıktı.
Araştırmacılar GBT’yi kullanarak bu imzaları TMC-1’in tamamında buldular. Ayrıca siyanopirinin moleküler bulutta bulunan tüm karbonun yaklaşık %0,1’ini oluşturduğunu da buldular; bu, evrende var olan binlerce farklı karbon içeren molekül türü göz önüne alındığında küçük ama önemli bir rakamdır.
%0,1 çok fazla gibi görünmese de karbonun çoğu, moleküler hidrojenden sonra evrende en bol bulunan ikinci molekül olan karbon monoksitte hapsolmuş durumda. CO’yu atarsak, kalan her birkaç yüz karbon atomundan biri piren içindedir. Binlerce farklı molekülün var olduğunu, neredeyse hepsinin içinde birçok farklı karbon atomu bulunduğunu ve birkaç yüz taneden birinin piren içinde bulunduğunu hayal edin. Bu büyük bir bolluktur. Neredeyse inanılmaz bir karbon yutağı. Bu yıldızlararası bir istikrar adasıdır
Brett McGuire
TMC-1 gibi yıldızlararası bulutlar, toz ve gaz yığınlarının daha büyük parçalar halinde birleşip ısınmaya başlamasıyla yıldızların oluşmasına neden olabilir. Gezegenler, asteroitler ve kuyruklu yıldızlar genç yıldızları çevreleyen gaz ve tozun bir kısmından ortaya çıkar. Bilim insanları, güneş sisteminin oluşmasına neden olan yıldızlararası buluta zamanda geriye bakamazlar, ancak TMC-1’de pirenin keşfi, asteroit Ryugu’da büyük miktarlarda pirenin bulunmasıyla birlikte, pirenin kaynağın olabileceğini düşündürmektedir. yıldız sistemimizdeki karbonun büyük bir kısmı.
Şimdi araştırmacılar TMC-1’de daha da büyük PAH molekülleri aramayı planlıyor. Ayrıca TMC-1’de bulunan pirenin soğuk bir buluttan mı kaynaklandığını yoksa başka bir bölgeden mi geldiğini, belki de ölmekte olan yıldızları çevreleyen yüksek enerjili yanma süreçlerinin bir sonucu mu olduğunu araştırmayı umuyorlar.