Ilmuwan Mengungkap Gudang yang Penuh dengan Molekul Kompleks yang Belum Pernah Terlihat di Luar Angkasa

Para ilmuwan telah menemukan reservoir bahan aromatik baru yang luas dan sebelumnya tidak diketahui di awan molekul yang dingin dan gelap dengan mendeteksi molekul hidrokarbon aromatik polisiklik individu di medium antarbintang untuk pertama kalinya, dan dengan melakukan itu mulai menjawab pertanyaan yang sudah berumur tiga dekade. misteri ilmiah: bagaimana dan di mana molekul-molekul ini terbentuk di ruang angkasa?

Gambar: portalteater.com

 

"Kami selalu mengira hidrokarbon aromatik polisiklik terutama terbentuk di atmosfer bintang yang sekarat," kata Brett McGuire, Asisten Profesor Kimia di Massachusetts Institute of Technology, dan Project Principal Investigator for GOTHAM, atau Green Bank Telescope (GBT) Observations. dari TMC-1: Berburu Molekul Aromatik. "Dalam studi ini, kami menemukan mereka di awan gelap yang dingin di mana bintang-bintang bahkan belum mulai terbentuk."

Molekul aromatik, dan PAH - singkatan dari polycyclic aromatic hydrocarbon - sudah dikenal luas oleh para ilmuwan. Molekul aromatik ada dalam susunan kimiawi manusia dan hewan lain, dan ditemukan dalam makanan dan obat-obatan. Selain itu, PAH adalah polutan yang terbentuk dari pembakaran banyak bahan bakar fosil dan bahkan di antara karsinogen yang terbentuk saat sayuran dan daging hangus pada suhu tinggi. "Hidrokarbon aromatik polisiklik diperkirakan mengandung sebanyak 25 persen karbon di alam semesta," kata McGuire, yang juga merupakan rekan peneliti di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA). "Sekarang, untuk pertama kalinya, kami memiliki jendela langsung ke kimia mereka yang akan memungkinkan kami mempelajari secara rinci bagaimana reservoir karbon yang sangat besar ini bereaksi dan berevolusi melalui proses pembentukan bintang dan planet."

Para ilmuwan telah mencurigai keberadaan PAH di luar angkasa sejak 1980-an, tetapi penelitian baru, yang dirinci dalam sembilan makalah yang diterbitkan selama tujuh bulan terakhir, memberikan bukti definitif pertama tentang keberadaan mereka di awan molekul. Untuk mencari molekul yang sulit dipahami, tim memfokuskan GBT radio astronomi raksasa setinggi 100 m di Awan Molekuler Taurus, atau TMC-1 - awan debu dan gas pra-bintang besar yang terletak sekitar 450 tahun cahaya dari Bumi yang akan terjadi suatu hari nanti. runtuh dengan sendirinya untuk membentuk bintang - dan apa yang mereka temukan sangat mencengangkan: tidak hanya model ilmiah yang diterima salah, tetapi ada lebih banyak hal yang terjadi di TMC-1 daripada yang bisa dibayangkan tim.

"Dari beberapa dekade pemodelan sebelumnya, kami yakin bahwa kami memiliki pemahaman yang cukup baik tentang kimia awan molekul," kata Michael McCarthy, ahli astrokimia dan Penjabat Wakil Direktur CfA, yang kelompok penelitiannya membuat pengukuran laboratorium yang tepat yang memungkinkan banyak dari deteksi astronomi harus dilakukan dengan keyakinan. "Apa yang ditunjukkan oleh pengamatan astronomi baru ini adalah molekul ini tidak hanya ada di awan molekul, tetapi pada jumlah yang lipat lebih tinggi dari prediksi model standar."

McGuire menambahkan bahwa penelitian sebelumnya hanya mengungkapkan bahwa ada molekul PAH di luar sana, tetapi tidak spesifik yang mana. "Selama 30 tahun terakhir ini, para ilmuwan telah mengamati sebagian besar tanda tangan molekul-molekul ini di galaksi kita dan galaksi lain dalam inframerah, tetapi kita tidak dapat melihat molekul individu mana yang menyusun massa itu. Dengan tambahan astronomi radio, alih-alih melihat massa besar yang tidak dapat kita bedakan, kita melihat molekul individu. "

Yang sangat mengejutkan mereka, tim tersebut tidak hanya menemukan satu molekul baru yang bersembunyi di TMC-1. Terperinci dalam beberapa makalah, tim mengamati 1-cyanonaphthalene, 1-cyano-cyclopentadiene, HC11N, 2-cyanonaphthalene, vinylcyanoacetylene, 2-cyano-cyclopentadiene, benzonitrile, trans- (E) -cyanovinylacetylene, HC4NC, dan propargylcyanide, antara lain. "Ini seperti pergi ke toko butik dan hanya melihat-lihat inventaris di bagian depan tanpa pernah mengetahui ada ruang belakang. Kami telah mengumpulkan molekul kecil selama 50 tahun atau lebih dan sekarang kami telah menemukan ada pintu belakang. Kapan kami membuka pintu itu dan melihat ke dalam, kami menemukan gudang besar molekul dan kimia yang tidak kami duga, "kata McGuire. "Itu dia, sepanjang waktu, bersembunyi tepat di luar tempat kita melihat sebelumnya."

McGuire dan ilmuwan lain di proyek GOTHAM telah "berburu" molekul di TMC-1 selama lebih dari dua tahun, menyusul deteksi awal McGuire terhadap benzonitril pada 2018. Hasil pengamatan terbaru proyek tersebut mungkin memiliki konsekuensi dalam astrofisika selama bertahun-tahun yang akan datang. . "Kami telah menemukan satu set molekul baru yang tidak seperti apa pun yang sebelumnya dapat kami deteksi, dan itu akan sepenuhnya mengubah pemahaman kami tentang bagaimana molekul ini berinteraksi satu sama lain. Ini memiliki konsekuensi hilir," kata McGuire, menambahkan bahwa pada akhirnya molekul-molekul ini tumbuh cukup besar sehingga mereka mulai berkumpul menjadi benih debu antarbintang. "Saat molekul ini menjadi cukup besar sehingga menjadi benih debu antarbintang,ini kemudian memiliki kemungkinan untuk mempengaruhi komposisi asteroid, komet, dan planet, permukaan tempat es terbentuk, dan mungkin pada gilirannya bahkan lokasi di mana planet terbentuk di dalam sistem bintang. "

Penemuan molekul baru di TMC-1 juga berimplikasi pada astrokimia, dan sementara tim belum memiliki semua jawaban, percabangan di sini juga akan berlangsung selama beberapa dekade. "Kami telah beralih dari kimia karbon satu dimensi, yang sangat mudah dideteksi, menjadi kimia organik nyata di luar angkasa dalam arti bahwa molekul yang baru ditemukan adalah molekul yang diketahui dan dikenali oleh ahli kimia, dan dapat diproduksi di Bumi," kata McCarthy. "Dan ini hanyalah puncak gunung es. Apakah molekul organik ini disintesis di sana atau diangkut ke sana, mereka ada, dan pengetahuan itu sendiri adalah kemajuan mendasar di bidang ini."

Sebelum peluncuran GOTHAM pada tahun 2018, para ilmuwan telah membuat katalog sekitar 200 molekul individu di medium antarbintang Bima Sakti. Penemuan baru ini telah mendorong tim untuk bertanya-tanya, dan memang demikian, apa yang ada di luar sana. "Hal yang menakjubkan tentang pengamatan ini, tentang penemuan ini, dan tentang molekul-molekul ini, adalah bahwa tidak ada yang melihat, atau mencarinya dengan cukup cermat," kata McCarthy. "Itu membuatmu bertanya-tanya apa lagi di luar sana yang belum kita cari."

Kimia aromatik baru yang ditemukan para ilmuwan ini tidak terisolasi dari TMC-1. Sebuah survei pendamping untuk GOTHAM, yang dikenal sebagai ARKHAM - Survei K / Ka-Band yang Ketat untuk Berburu Molekul Aromatik - baru-baru ini menemukan benzonitril dalam beberapa objek tambahan. "Hebatnya, kami menemukan benzonitrile di setiap satu dari empat objek pertama yang diamati oleh ARKHAM," kata Andrew Burkhardt, Submillimeter Array Postdoctoral Fellow di CfA dan co-principal investigator untuk GOTHAM. "Ini penting karena sementara GOTHAM mendorong batas kimia yang kami anggap mungkin di luar angkasa, penemuan ini menyiratkan bahwa hal-hal yang kita pelajari di TMC-1 tentang molekul aromatik dapat diterapkan secara luas ke awan gelap di mana saja. Awan gelap ini adalah tempat lahir awal bintang dan planet. Jadi,molekul aromatik yang sebelumnya tak terlihat ini juga perlu dipikirkan di setiap langkah selanjutnya dalam proses penciptaan bintang, planet, dan tata surya seperti milik kita. "