Исследователи обнаружили в космосе новую молекулу

Фото из открытых источников

Новое исследование группы профессора Массачусетского технологического института Бретта Макгуайра выявило присутствие в космосе ранее неизвестной молекулы. Статья команды была опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Закари Т.П. Фрид, аспирант группы Макгуайра и ведущий автор публикации, работал над составлением головоломки, состоящей из частей, собранных со всего мира, от Массачусетского технологического института до Франции, Флориды, Вирджинии и Копенгагена, чтобы достичь этой захватывающей цели.

«Наша группа пытается понять, какие молекулы присутствуют в регионах космоса, где в конечном итоге примут форму звезды и солнечные системы», — объясняет Фрид. «Это позволяет нам собрать воедино то, как химия развивается параллельно с процессом формирования звезд и планет. Мы делаем это, глядя на спектры вращения молекул, уникальные узоры света, которые они испускают, когда падают в космосе. Эти шаблоны являются отпечатками пальцев (штрих-кодами) молекул. Чтобы обнаружить новые молекулы в космосе, мы сначала должны иметь представление о том, какую молекулу мы хотим искать, затем мы можем записать ее спектр в лаборатории здесь, на Земле, и, наконец, мы ищите этот спектр в космосе с помощью телескопов».

Группа McGuire недавно начала использовать машинное обучение, чтобы предлагать подходящие целевые молекулы для поиска. В 2023 году одна из этих моделей машинного обучения предположила, что исследователи нацелились на молекулу, известную как 2-метоксиэтанол.

«В космосе существует множество «метокси» молекул, таких как диметиловый эфир, метоксиметанол, этилметиловый эфир и метилформиат, но 2-метоксиэтанол будет самым большим и сложным из когда-либо существовавших», — говорит Фрид.

Чтобы обнаружить эту молекулу с помощью наблюдений радиотелескопа, группе сначала необходимо было измерить и проанализировать ее вращательный спектр на Земле. Исследователи объединили эксперименты Университета Лилля (Лилль, Франция), Нового колледжа Флориды (Сарасота, Флорида) и лаборатории Макгуайра Массачусетского технологического института, чтобы измерить этот спектр в широкополосной области частот от микроволновых до субмиллиметровых волновых режимов (примерно от 8 до 500 гигагерц).

Данные, полученные в результате этих измерений, позволили провести поиск молекулы с помощью наблюдений Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) в двух отдельных областях звездообразования: NGC 6334I и IRAS 16293-2422B. Члены группы Макгуайра проанализировали эти наблюдения телескопа вместе с исследователями из Национальной радиоастрономической обсерватории (Шарлоттсвилль, Вирджиния) и Копенгагенского университета, Дания.

«В конечном итоге мы наблюдали 25 вращающихся линий 2-метоксиэтанола, которые совпали с молекулярным сигналом, наблюдаемым в направлении NGC 6334I (штрих-код совпал), что привело к надежному обнаружению 2-метоксиэтанола в этом источнике», — говорит Фрид. «Это позволило нам затем получить физические параметры молекулы NGC 6334I, такие как ее содержание и температура возбуждения. Это также позволило исследовать возможные пути химического образования из известных межзвездных предшественников».

Молекулярные открытия, подобные этому, помогают исследователям лучше понять развитие молекулярной сложности в космосе во время процесса формирования звезд 2-метоксиэтанол, содержащий 13 атомов, довольно велик по межзвездным стандартам: по состоянию на 2021 год за пределами Солнечной системы было обнаружено только шесть видов с размером более 13 атомов, многие из которых были обнаружены группой МакГуайра, и все они существовали в виде кольцевых структур.

«Постоянные наблюдения за большими молекулами и последующее определение их содержания позволяют нам расширить наши знания о том, насколько эффективно могут образовываться большие молекулы и с помощью каких конкретных реакций они могут производиться», — говорит Фрид. «Кроме того, поскольку мы обнаружили эту молекулу в NGC 6334I, но не в IRAS 16293-2422B, нам представилась уникальная возможность изучить, как различные физические условия этих двух источников могут влиять на химический процесс, который может происходить».