Son derece üzücü bir soru: Yıldızlararası gazdaki moleküller nasıl hayatta kalıyor?
Yaşadığımız evrende moleküler her yerde. Yıldızların, gezegenlerin ve yaşamın oluşumunun fiziksel sürecinde hayati bir rol oynarlar. 1960'ların başında çoğu gökbilimci Yıldızlararası gaz Neredeyse hepsi tek bir atom oluşmaktadır. Sadece birkaç basit molekül, CN, CH, CH + ve OH gözlendi. O zamanlar insanlar Hidrojen molekülü Ve daha büyük moleküller ultraviyole ışıkla kolayca yok edilebilir. Yıldızlararası bulutsudaki parçacık yoğunluğu çevreleyen uzaydan daha yüksek olmasına rağmen, yine de çok düşüktür, bu yüzden spekülasyona göre, hayatta kalan herhangi bir molekül tespit edilemeyecek kadar ince olacaktır.
Nispeten yoğun bir gaz bölgesi kendi yerçekimi altında çökmeye başladığında yıldızlar oluşacaktır. Gaz sıkıştırılmaya devam ettikçe, içindeki çekirdekler karşılıklı itilmelerine direnecek ve kaynaşmaya başlayacak kadar enerji kazanana kadar kademeli olarak ısınır. Bu nükleer reaksiyonların ürettiği büyük miktardaki ısı, yerçekimi kuvvetlerine direnecek kadar güçlü bir basınç oluşturacak ve sonunda bugün gece gökyüzünde gördüğümüz parıldayan sabit yıldızları oluşturacaktır. | İmaj Kredisi: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
1968'de fizikçi Charles Townes ve meslektaşları bir Radyo frekanslı teleskop Yay B2'deki moleküler buluta işaret ederek, bazı bilim adamlarının önerdiği gibi yıldızlararası uzayda hidrojen molekülleri gerçekten mevcutsa, diğer moleküllerin aynı olabileceğine inanıyorlar. Bu önsezi, araştırmacılar önce amonyak molekülünü ve ardından su molekülünü keşfettiklerinde doğrulandı. 1970'lerden bu yana, dünyanın her yerinden araştırmacılar bir dizi tespit gerçekleştirdiler ve yaklaşık olarak 200 farklı molekül türü .
Bu bulgular, önceden düşünüldüğü gibi santimetre küp başına 1-10 atom yerine, yıldızlararası bulutların santimetreküpü başına en az 1.000 molekül olduğu anlamına geliyor. Aynı zamanda, moleküler bulutun büyük miktarda yıldızlararası toz içerdiği ortaya çıktı.Bu yıldızlararası tozlar, önceki yıldızların patlamasından sonra kalan madde parçacıklarıdır ve ultraviyole radyasyonu etkin bir şekilde engelleyebilirler. Bu ek koruma ve daha yüksek yoğunluk fikrini destekler Yerçekimi etkisi altında büyük miktarda gaz çöktüğünde yıldızlar oluşur. . Bununla birlikte, bu yıldız oluşumunun moleküler temeli, kendi problemlerinden bazılarını ortaya çıkarmaktadır.
Düşük yoğunluklu bir uzayda, atomlar moleküller oluşturmak için birleşeceklerse, uzun bir mesafeden birbirlerini çekmeleri gerekir. başka bir deyişle, iyon Molekül oluşturmak nötr atomlardan daha kolaydır. Peki iyonlar nereden geliyor? Kozmik ışınlar atomlarla çarpıştığında iyon-elektron çiftleri oluşur ve iyonlar vardır. Moleküler bir bulutta moleküller oluşturmanın bir başka yolu da, atomların toz parçacıklarının yüzeyine bağlanması ve bununla birlikte göç etmesi, zamanla yeni moleküller oluşturmak için bir araya gelmesidir.
Ancak bu, moleküllerin ultraviyole yıldız ışığının yok edilmesinden nasıl kurtulup hayatta kalabileceği sorununu çözmez.Bu sorun teorisyenleri son derece rahatsız etti. 1980'lere kadar bu problemi çözmede bir kişi öne çıktı ve araştırması kozmik kimya anlayışımızı tamamen değiştirdi, yani Ewine van Dishoeck . Bazı moleküller gerçekten ayrışmış olsa da, su ve karbon monoksit (CO) gibi diğer moleküllerin, moleküler bulutun dış katmanından gelen zararlı ultraviyole radyasyonu seçici olarak emerek iç kısmı "kendi kendine koruyacağını" kanıtladı. Bu nedenle, kendi kendini koruma ve çevreleyen tozun emilmesi altında, moleküler bulutun derinliklerinde bulunan moleküller yıldız oluşturmaya devam edebilir.
Ewine van Dishoeck. | Resim kaynağı: Henrik Sandsjö / Leiden Üniversitesi
Van Dishoeck bu araştırmayı yürütürken CO durumunu referans nesne olarak aldı Uzayda hidrojenden çok daha az CO var, ancak radyasyonu daha etkili bir şekilde serbest bırakabilir. Belirli bir bulut yoğunluğu içindeki bir molekülün, gazdaki başka bir molekül tarafından vurulduktan sonra dönme, titreşim veya elektronik geçişle uyarılma olasılığını hesapladı. Yıldız ışığının moleküllere verdiği zararı ve gaz hacmi üzerindeki etkisini dikkate aldıktan sonra, elde ettiği olasılık sonuçları, bir radyo teleskopu ile gözlemlenen radyasyon yoğunluğu (moleküller uyarıldığında salınan radyasyon) ile yakından eşleşti.
Van Dishoeck'in akademik kariyeri bir teorisyen olarak başlamasına rağmen, araştırması giderek daha fazla gözlemsel veriyi içeriyordu. Bir dizi suyun kızılötesi radyasyonunu analiz etti. Bu gözlemler daha sofistike ve karmaşık uzay teleskoplarından geliyor: Bunun nedeni, yıldızlararası uzayda suyun çok nadir olmasına rağmen, yıldız oluşum bölgelerinde bol miktarda bulunması. Bununla birlikte, su tarafından salınan radyasyon neredeyse tamamen dünyanın atmosferi tarafından emilir, bu yüzden onları incelemenin en iyi yolu uzay teleskoplarına güvenmektir.
1995 yılında, Avrupa Uzay Ajansı kızılötesi uzay gözlemevini başlattı ve bilim adamları, kızılötesi bantta moleküler dünyanın zenginliğini ilk kez gördü. Van Dishoeck, toz parçacıklarının yüzeyinde su oluşumunu incelemek için bir kısa dalga spektrometresi kullandı.Yoğun bir moleküler bulutta, toz parçacıklarının tamamen su buzu ve karbon monoksit buzu ile kaplandığını buldu.
2003 yılında, NASAnın Spitzer Uzay Teleskobu'na döndü ve gözlemlediği verileri güneşimize benzer nispeten hafif yıldızlarda (önceden daha ağır yıldızlarla sınırlıydı) meydana gelen kimyasal reaksiyonları incelemek için kullandı. Nesneler). Hâlâ oluşmakta olan yıldızın etrafında dönen bir toz diski var Van Dishoeck ve meslektaşları diskte su ve diğer molekülleri buldu. Bu toz diskleri, yıldızların oluşumu için hammadde sağlar ve aynı zamanda yeni gezegenlerin potansiyel doğum yerleridir.
2009 yılında, Avrupa Uzay Ajansı, van Dishoeck'in araştırmasına daha fazla yardım sağlayan, daha güçlü bir uzak kızılötesi / milimetre altı teleskop olan Herschel Uzay Gözlemevi'ni başlattı. Herschel'in yardımıyla "protoplanet disk" üzerine de çalıştı. Öngezegensel diskte su, toz parçacıklarıyla birleşecek ve sonunda katılaşarak çok genç gezegenler veya kuyruklu yıldızlar ve gezegenlere suyu taşıyan "taşıyıcılar" olarak kabul edilen diğer gök cisimleri oluşturacak.
Genç yıldız TW Hydrae'nin etrafındaki buzlu gezegen diskinin sanatsal bir anlayışı. Alt: ESA'nın Herschel Uzay Gözlemevi'ndeki HIFI spektrometresi ile elde edilen yıldız disk spektrumu. Resim kaynağı: ESA / NASA / JPL-Caltech / M. Hogerheijde (Leiden Gözlemevi)
2011 yılında van Dishoeck ve meslektaşları, TW Hydrae'nin (TW Hydrae, çok yakın genç bir yıldız) yıldız diskinden yayılan soğuk su buharını ölçtükleri bir ölçümün sonuçlarını bildirdi. Herschel tarafından kaydedilen kızılötesi sinyalin yoğunluğuna dayanarak, yıldız diskindeki su buharını serbest bırakan buz rezervuarının kütlesinin Dünya'daki su kütlesinin birkaç bin katı olduğunu tahmin ettiler.
Bu tür gözlemler zaten şaşırtıcı. Bununla birlikte, van Dishoeck ve diğer bilim adamları, yıldız oluşum bölgesini uzaydan analiz etmek için daha geniş açıklıklı bir teleskopun gerekli olduğunu kısa sürede fark ettiler. Bu sorunun çözümü, Atacama milimetre / milimetre-altı dalga dizisi teleskopu (ALMA) gibi devasa bir yer tabanlı gözlemevi inşa etmektir. ALMA, Şili'de, deniz seviyesinden 5.000 metre yükseklikte, dünya atmosferindeki suyun çoğundan daha yüksekte bulunmaktadır. Her biri yaklaşık 12 metre çapında 50 antenden oluşur, farklı bir dizi oluşturmak üzere birbirine bağlandığında 16 kilometre çapında bir teleskop etkisi yaratabilir.
ALMA. Ewine van Dishoeck, ALMA Gözlemevi'nin yapımına ve kullanımına aktif olarak katıldı. | Resim kaynağı: ESO / B. Tafreshi
ALMA aracılığıyla van Dishoeck ve meslektaşları, Samanyolu'nda gezegen sistemleri oluşturan yeni yıldızların etrafında ilkel diskler gözlemlediler. Bu yıldız disklerinde onları tek tek gezegenlere götürebilecek toz halkası yapılarının bazı harika görüntülerini elde ettiler. Araştırmacılar bunları kimya ve fizik alanında incelemenin yanı sıra biyoloji alanında da araştırmalar yapıyor.
Geçen yıl, van Dishoeckin ekibi ve bir İtalyan / İspanyol ekibi ALMA aracılığıyla organik molekülleri keşfetti Metil izosiyanat Emisyon hatlarından bazıları. Bu ilkel biyomolekül, Ophiuchus takımyıldızında (yaklaşık 400 ışıkyılı uzaklıkta) birkaç çok genç yıldızı çevreleyen toz ve gazda bulunur. Araştırmacılar, peptitlerin ve amino asitlerin sentezi ile ilgili olduğu için, bu molekülün gökbilimcilerin Dünya'daki yaşamın kökenini incelemelerine yardımcı olabileceğine inanıyor.
Ancak bu iyimser beklenti temkinli olmayı hak ediyor. Çünkü şu ana kadar, bilim adamları birçok araştırma yapmış olsalar da, yıldız oluşum bölgesinde herhangi bir amino asidin kendisinin net bir kanıtı hala yok.
Ewine van Dishoeck ve meslektaşları, yeni doğan bir yıldızın etrafındaki metil izosiyanatı tespit etmek için ALMA teleskopunu kullandı. | Resim kaynağı: ESO / Digitized Sky Survey 2 / L. CalçadaImage
Uzayda keşfedilen birçok yeni molekülün laboratuvar çalışmasıyla desteklenmesi gerekir, böylece araştırmacılar bu moleküllerin elektromanyetik radyasyonu yaydığı veya emdiği tam dalga boylarını bilebilir ve ayrıca moleküler çarpışmaların özellikleri hakkında ayrıntılı bilgileri de kavrayabilirler. Son zamanlarda yapılan bazı çalışmalarda deneyler, metil izosiyanatın yıldızlararası uzayda metil izosiyanat gibi çok soğuk koşullarda buz parçacıkları oluşturabildiğini göstermiştir.
Bu deneyler, van Dishoeck'in bulunduğu Leighton Üniversitesi'nde gerçekleştirildi. 1970'lerde deneysel astrokültürcü Mayo Greenberg, bu çalışmalar için bir laboratuvar kurdu. Dünyada bu tür deneyler yapan az sayıdaki laboratuvardan biridir ve yıldızlararası uzaya benzer düşük yoğunluklu, düşük sıcaklık ve kararlı bir ortam sağlayabilir. Bununla birlikte, laboratuvarda üretilen vakum, hala uzaydaki yoğunluktan çok daha fazladır, ancak bu boşluk, iyonların ömrünü uzatmak için nötr bir sıvıya iyonları gömmek gibi bazı tekniklerle kapatılabilir.
Van Dishoeck'in kendisi deneysel çalışmalarla meşgul olmasa da, Münih'teki Max Planck Kozmofizik Enstitüsü'nde astrofizikçi olan Reinhard Genzel, van Dishoeck'in bu çalışmaya olan aşinalığının ona daha karmaşık yıldızlararası kimya yapmasına olanak tanıdığını söyledi. Tahmin.
Van Dishoeck, yıldızlararası bulutların yaşam döngüsünü ve yıldızların ve gezegenlerin oluşumunu ortaya çıkardı.Gözlem, teori ve deneysel astrokimyadaki olağanüstü katkılarından dolayı 2018 yıllık ödülüne layık görüldü. Kafrey Astrofizik Ödülü (Astrofizikte Kavli Ödülü).
Yazan: Edwin Cartlidge
Derleme: Fujitsu Beidou
Referans bağlantısı:
