Tin tức Vũ trụ TV

Truy tìm nguồn gốc vũ trụ của các phân tử hữu cơ phức tạp với dấu vết tần số vô tuyến của chúng

Ngày:
Aug 26, 2020
Tóm lược:

Làm thế nào mà vật chất hữu cơ đến được Trái đất ngay từ đầu? Một cách để suy ngẫm câu hỏi này là quan sát sự phân bố và sự phong phú của các phân tử hữu cơ phức tạp trong các đám mây khí giữa các vì sao. Tuy nhiên, việc phát hiện các phân tử như vậy trong các vùng ít dày đặc hơn của những đám mây khí này là một thách thức. Giờ đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng kết luận về sự hiện diện của một phân tử hữu cơ phức tạp cụ thể trong một khu vực như vậy.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Làm thế nào mà vật chất hữu cơ đến được Trái đất ngay từ đầu? Một cách để suy ngẫm câu hỏi này là quan sát sự phân bố và sự phong phú của các phân tử hữu cơ phức tạp trong các đám mây khí giữa các vì sao. Tuy nhiên, việc phát hiện các phân tử như vậy trong các vùng ít dày đặc hơn của những đám mây khí này là một thách thức. Giờ đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng kết luận về sự hiện diện của một phân tử hữu cơ phức tạp cụ thể trong một khu vực như vậy.

Nguồn gốc của sự sống trên Trái đất là một chủ đề khơi gợi sự tò mò của con người kể từ trước khi lịch sử được ghi chép lại bắt đầu. Nhưng làm thế nào mà vật chất hữu cơ cấu thành nên các dạng sống lại đến hành tinh của chúng ta? Mặc dù đây vẫn là chủ đề tranh luận của các học giả và các nhà thực hành trong các lĩnh vực liên quan, một cách tiếp cận để trả lời câu hỏi này liên quan đến việc tìm kiếm và nghiên cứu các phân tử hữu cơ phức tạp (COM) trong không gian vũ trụ.

Kính viễn vọng vô tuyến dài 45 mét tại Đài quan sát vô tuyến Nobeyama, Nhật Bản.
Nguồn ảnh: Tiến sĩ Mitsunori Araki từ Đại học Khoa học Tokyo
Kính viễn vọng vô tuyến dài 45 mét tại Đài quan sát vô tuyến Nobeyama, Nhật Bản.
Nguồn ảnh: Tiến sĩ Mitsunori Araki từ Đại học Khoa học Tokyo

Nhiều nhà khoa học cho biết đã tìm thấy tất cả các loại COM trong các đám mây phân tử – những vùng khổng lồ của không gian giữa các vì sao chứa nhiều loại khí khác nhau. Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng kính thiên văn vô tuyến, đo và ghi lại các sóng tần số vô tuyến để cung cấp một cấu hình tần số của bức xạ tới được gọi là phổ. Các phân tử trong không gian thường quay theo nhiều hướng khác nhau và chúng phát ra hoặc hấp thụ sóng vô tuyến ở các tần số rất cụ thể khi tốc độ quay của chúng thay đổi. Các mô hình vật lý và hóa học hiện tại cho phép chúng ta ước tính gần đúng thành phần của những gì mà kính thiên văn vô tuyến hướng vào, thông qua phân tích cường độ của bức xạ tới ở các tần số này.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , Tiến sĩ Mitsunori Araki từ Đại học Khoa học Tokyo cùng với các nhà khoa học khác từ khắp Nhật Bản đã giải quyết một câu hỏi khó trong quá trình tìm kiếm COM giữa các vì sao: làm thế nào chúng ta có thể khẳng định sự hiện diện của COM trong các vùng ít dày đặc hơn của các đám mây phân tử? Do các phân tử trong không gian hầu hết được cung cấp năng lượng do va chạm với các phân tử hydro, các COM trong vùng mật độ thấp của các đám mây phân tử phát ra ít sóng vô tuyến hơn, khiến chúng ta khó phát hiện ra chúng. Tuy nhiên, Tiến sĩ Araki và nhóm của ông đã có một cách tiếp cận khác dựa trên một phân tử hữu cơ đặc biệt được gọi là acetonitril (CH 3 CN).

Acetonitrile là một phân tử kéo dài có hai cách quay độc lập: quanh trục dài của nó, giống như một con quay, hoặc như thể một cây bút chì quay quanh ngón tay cái của bạn. Kiểu quay thứ hai có xu hướng tự nhiên chậm lại do phát ra sóng vô tuyến và, trong các vùng mật độ thấp của các đám mây phân tử, nó tự nhiên trở nên ít năng lượng hơn hoặc “lạnh”.

Ngược lại, kiểu quay kia không phát ra bức xạ và do đó vẫn hoạt động mà không bị chậm lại. Hành vi đặc biệt này của phân tử acetonitril là cơ sở để Tiến sĩ Araki và nhóm của ông phát hiện ra nó. Ông giải thích: “Trong các vùng mật độ thấp của các đám mây phân tử, tỷ lệ các phân tử axetonitril quay như một con quay sẽ cao hơn. Do đó, có thể suy ra rằng một trạng thái cực đoan trong đó rất nhiều chúng sẽ quay theo cách này. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của chúng tôi là người đầu tiên dự đoán sự tồn tại của nó, chọn các thiên thể có thể quan sát được và thực sự bắt đầu khám phá. “

Thay vì phát xạ sóng vô tuyến, họ tập trung vào việc hấp thụ sóng vô tuyến. Trạng thái “lạnh” của vùng mật độ thấp, nếu được tạo bởi các phân tử axetonitril, sẽ có ảnh hưởng có thể dự đoán được đối với bức xạ bắt nguồn từ các thiên thể như sao và đi qua nó. Nói cách khác, quang phổ của một thiên thể bức xạ mà chúng ta cho rằng trên Trái đất nằm “sau” một vùng mật độ thấp sẽ được lọc bởi các phân tử axetonitril quay như một đỉnh theo một cách có thể tính toán được, trước khi nó tới kính viễn vọng của chúng ta trên trái đất. Do đó, Tiến sĩ Araki và nhóm của ông đã phải lựa chọn cẩn thận các vật thể bức xạ có thể được sử dụng làm “ánh sáng nền” thích hợp để xem liệu bóng của axetonitril “lạnh” có xuất hiện trong quang phổ đo được hay không. Để đạt được mục tiêu này, họ đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến 45 m của Đài quan sát vô tuyến Nobeyama,

Sử dụng sự hấp thụ sóng vô tuyến để phát hiện acetonitril trong đám mây phân tử của Sgr B2 (M) ở trung tâm thiên hà của chúng ta
Được phép: Tiến sĩ Mitsunori Araki từ Đại học Khoa học Tokyo
Sử dụng sự hấp thụ sóng vô tuyến để phát hiện acetonitril trong đám mây phân tử của Sgr B2 (M) ở trung tâm thiên hà của chúng ta
Được phép: Tiến sĩ Mitsunori Araki từ Đại học Khoa học Tokyo
Thiết lập quan sát
Nguồn: Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản.
Ảnh: Mr Daitoshi Ishihara
Thiết lập quan sát
Nguồn: Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản.
Ảnh: Mr Daitoshi Ishihara

Sau khi phân tích cẩn thận quang phổ đo được, các nhà khoa học kết luận rằng khu vực được phân tích có nhiều phân tử acetonitril quay như con quay; Tỷ lệ các phân tử quay theo cách này thực sự là cao nhất từng được ghi nhận. Vui mừng về kết quả, Tiến sĩ Araki nhận xét: “Bằng cách xem xét hành vi đặc biệt của acetonitrile, lượng của nó trong vùng mật độ thấp xung quanh Sgr B2 (M) có thể được xác định chính xác. Bởi vì acetonitrile là một COM đại diện trong không gian, biết lượng của nó và phân phối mặc dù không gian có thể giúp chúng tôi thăm dò sâu hơn về sự phân bố tổng thể của chất hữu cơ. “

Cuối cùng, nghiên cứu này có thể không chỉ cung cấp cho chúng ta một số manh mối về nguồn gốc của các phân tử phù hợp với chúng ta mà còn đóng vai trò là dữ liệu về thời điểm con người quản lý để mạo hiểm bên ngoài hệ mặt trời.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Khoa học Tokyo cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Mitsunori Araki, Shuro Takano, Nobuhiko Kuze, Yoshiaki Minami, Takahiro Oyama, Kazuhisa Kamegai, Yoshihiro Sumiyoshi, Koichi Tsukiyama. Quan sát và phân tích các đường hấp thụ bao gồm các mức quay J = K của CH3CN: đường bao của Nhân mã B2 (M) . Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia , năm 2020; 497 (2): 1521 DOI: 10.1093 / mnras / staa1754

Bài viết liên quan

Bài viết mới