Çalışma, ‘yıldız kreşleri’ içindeki karmaşık kimyayı ortaya koyuyor

Uluslararası bir araştırma ekibi, kozmik “yıldız kreşleri”ndeki moleküllerin kimyasal evriminde neyin kritik bir adım olabileceğini ortaya çıkardı. Uzaydaki bu uçsuz bucaksız soğuk gaz ve toz bulutlarında, trilyonlarca molekül milyonlarca yıl boyunca birlikte dönüyor. Bu yıldızlararası bulutların çökmesi sonunda genç yıldızların ve gezegenlerin ortaya çıkmasına neden olur.

İnsan bedenleri gibi, yıldız doğumevleri de çoğunlukla karbon ve hidrojen atomlarından oluşan çok sayıda organik molekül içerir. Dergide 6 Şubat’ta yayınlanan grubun sonuçları Doğa Astronomisi, bu bulutların içinde belirli büyük organik moleküllerin nasıl oluşabileceğini ortaya koyuyor. Bu, karbon atomlarının ölmekte olan yıldızların kalplerinde oluştuğu, ardından gezegenlerin, Dünya’daki ve belki de ötesindeki canlı organizmaların bir parçası haline geldiği, çağlar boyu süren kimyasal yolculukta küçük bir adımdır.

Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı’nda (LASP) araştırma görevlisi ve yardımcı doçent Jordy Bouwman, “Bu soğuk moleküler bulutlarda, sonunda yıldızları ve gezegenleri oluşturacak ilk yapı taşlarını yaratıyorsunuz” dedi. Colorado Boulder Üniversitesi Kimya Bölümü.

Yeni çalışma için Bouwman ve meslektaşları, özellikle bir yıldız kreşine derinlemesine daldılar: Boğa Moleküler Bulutu (TMC-1). Bu bölge Boğa takımyıldızında yer alır ve Dünya’dan yaklaşık 440 ışıkyılı (2 katrilyon milden fazla) uzaklıktadır. Bu kimyasal olarak karmaşık ortam, gökbilimcilerin “birikmekte olan yıldızsız çekirdek” olarak adlandırdıkları şeyin bir örneğidir. Bulutu çökmeye başladı, ancak bilim adamları henüz içinde gelişmekte olan embriyonik yıldızları tespit etmediler.

Ekibin bulguları, aldatıcı derecede basit bir moleküle dayanıyor. orto-benzin. Araştırmacılar, Dünya üzerindeki deneyler ve bilgisayar simülasyonlarından yararlanarak, bu molekülün uzayda diğer moleküllerle kolayca birleşerek çok çeşitli daha büyük organik moleküller oluşturabileceğini gösterdi.

Diğer bir deyişle, küçük yapı taşları büyük yapı taşları haline gelir.

Ve Bouwman, bu tepkilerin yıldız kreşlerinin bilim adamlarının sandığından çok daha ilginç olduğunun bir işareti olabileceğini söyledi.

“Bu küçük yapı taşlarından daha büyük moleküllere nasıl geçtiğimizi gerçekten anlamanın başlangıcındayız” dedi. “Bence yıldız oluşumunun en erken aşamalarında bile bu kimyanın düşündüğümüzden çok daha karmaşık olduğunu bulacağız.”

Kader gözlemi

Bouwman, uzayın derinliklerinde meydana gelen çalkantılı kimyasal reaksiyonları anlamak için kimya ve astronomiyi harmanlayan bir alanda çalışan bir kozmokimyacıdır.

Yüzeyde, soğuk moleküler bulutların kimyasal aktivite yatağı gibi görünmeyebileceğini söyledi. Adından da anlaşılacağı gibi, bu galaktik ilkel çorbalar soğuk olma eğilimindedir, genellikle -263 santigrat derece (yaklaşık -440 Fahrenheit derece), mutlak sıfırın sadece 10 derece üzerindedir. Çoğu reaksiyonun başlaması için en azından biraz ısıya ihtiyacı vardır.

Ancak soğuk olsun ya da olmasın, yıldız kreşlerinde karmaşık kimya oluyor gibi görünüyor. Özellikle TMC-1, fulvenallen ve 1- ve 2-etinilsiklopentadien gibi adlara sahip nispeten büyük organik moleküllerin şaşırtıcı konsantrasyonlarını içerir. Kimyagerler bunlara “beş üyeli halka bileşikleri” diyor çünkü her biri beşgen şeklinde bir karbon atomu halkası içeriyor.

Bouwman, “Araştırmacılar TMC-1’de bu molekülleri tespit etmeye devam ettiler, ancak kökenleri belirsizdi.” Dedi.

Şimdi, o ve meslektaşları bir cevapları olduğunu düşünüyorlar.

2021’de İspanya’da Yebes 40 metrelik Radyoteleskobu kullanan araştırmacılar, TMC-1’in gaz bulutlarında saklanan beklenmedik bir molekül buldular: orto-benzin. Bouwman, altı karbon atomu ve dört hidrojenin halkasından oluşan bu küçük molekülün kimya dünyasının dışa dönüklerinden biri olduğunu açıkladı. Bir dizi başka molekülle kolayca etkileşime girer ve bunu yapmak için çok fazla ısı gerektirmez.

Bouwman, “Tepki için hiçbir engel yok” dedi. “Bu, soğuk ortamlarda karmaşık kimyayı yürütme potansiyeline sahip olduğu anlamına gelir.”

suçlunun belirlenmesi

TMC-1’de ne tür bir karmaşık kimyanın olduğunu öğrenmek için Bouwman ve ABD, Almanya, Hollanda ve İsviçre’den gelen meslektaşları “fotoelektron fotoiyon tesadüf spektroskopisi” adı verilen bir tekniğe yöneldiler. Ekip, kimyasal reaksiyonların ürünlerini tanımlamak için senkrotron ışık kaynağı adı verilen dev bir tesis tarafından üretilen ışığı kullandı. bunu gördüler ortoMoleküler bulutların diğer bir ortak bileşeni olan benzen ve metil radikalleri, daha büyük ve daha karmaşık organik bileşikler oluşturmak için kolayca birleşir.

Bouwman, “İyi bir şeyin peşinde olduğumuzu biliyorduk,” dedi.

Ekip daha sonra rolünü keşfetmek için bilgisayar modellerinden yararlandı. orto-uzayda birkaç ışıkyılı derinliğe yayılmış bir yıldız kreşindeki benzil. Sonuçlar ümit vericiydi: Modeller, astronomların teleskop kullanarak TMC-1’de gözlemledikleri ile kabaca aynı organik molekül karışımını içeren gaz bulutları üretti.

OrtoBouwman, başka bir deyişle -benzyne, bu yıldız yuvalarında meydana gelen gaz fazlı organik kimyayı yönlendirmek için birincil aday gibi görünüyor, dedi.

TMC-1’de meydana gelen tüm reaksiyonları tam olarak anlamak için bilim adamlarının daha yapacak çok işi olduğunu da sözlerine ekledi. Örneğin, uzaydaki organik moleküllerin Dünya’daki canlı organizmaların DNA’sının ve amino asitlerinin temel bileşenleri olan nitrojen atomlarını nasıl topladığını incelemek istiyor.

Bouwman, “Bulgularımız, yeni yıldızlar ve yeni gezegenler oluşturmak için en başta hangi bileşenlere sahip olduğumuz konusundaki görüşü değiştirebilir.” Dedi.

Yeni makalenin ortak yazarları arasında Hollanda’daki Leiden Üniversitesi, ABD’deki Benedictine College, Almanya’daki Würzburg Üniversitesi ve İsviçre’deki Paul Scherrer Enstitüsü’ndeki araştırmacılar yer alıyor.