تحولی در اخترشیمی با تلسکوپ رادیویی ALMA

تحولی در اخترشیمی با تلسکوپ رادیویی ALMA

دانشمندان با ترکیب قابلیت‌های پیشرفته تلسکوپ ALMA با تکنیک‌های آزمایشگاهی تازه توسعه‌یافته، عصر کاملاً جدیدی را برای رمزگشایی شیمی کیهان باز می‌کنند. یک تیم تحقیقاتی پیشرفت خود را با استفاده از داده های ALMA از مشاهدات گاز در منطقه ستاره ساز در صورت فلکی شکارچی نشان دادند.
با استفاده از فناوری جدید چه در تلسکوپ و چه در آزمایشگاه، دانشمندان توانستند روند شناسایی “اثرانگشت” مواد شیمیایی در کیهان را تا حد زیادی بهبود بخشیده و سرعت بخشند و مطالعاتی را که تا به حال غیرممکن بوده یا زمان‌بر بوده است امکان پذیر می‌سازد. .
آنتونی ریمیجان از رصدخانه ملی نجوم رادیویی در شارلوتزویل، ویرجینیا گفت: ما نشان دادیم که با ALMA، قادر خواهیم بود تجزیه و تحلیل شیمیایی واقعی “مهد کودک” گازی را انجام دهیم که در آن ستارگان و سیارات جدید در حال شکل گیری هستند، بدون محدودیت بسیاری از محدودیت هایی که در گذشته داشته ایم.
ALMA، آرایه میلی متری/زیر میلی متری بزرگ آتاکاما، در صحرای آتاکاما در شمال شیلی، در ارتفاع 5000 متری در حال ساخت است. هنگامی که در سال 2013 تکمیل شد، 66 آنتن با دقت بالا و تجهیزات الکترونیکی پیشرفته، توانایی‌های بی‌سابقه‌ای را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد تا جهان را که در طول موج‌هایی بین رادیو با طول موج بلندتر و مادون قرمز دیده می‌شود، کاوش کنند.
این طول موج ها به ویژه از نظر سرنخ هایی در مورد حضور مولکول های خاص در کیهان غنی هستند. بیش از 170 مولکول از جمله مولکول های آلی مانند قندها و الکل ها در فضا کشف شده است. چنین مواد شیمیایی در ابرهای غول پیکر گاز و غبار که در آن ستارگان و سیارات جدید در حال شکل گیری هستند، رایج است. توماس ویلسون از آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی در واشنگتن دی سی گفت: “ما می دانیم که بسیاری از پیش سازهای شیمیایی حیات در این مهدکودک های ستاره ای حتی قبل از تشکیل سیارات وجود دارند.”
مولکول ها در فضا می چرخند و می لرزند و هر مولکول دارای مجموعه خاصی از شرایط چرخشی و ارتعاشی است که برای آن امکان پذیر است. هر بار که یک مولکول از شرایطی به شرایط دیگر تغییر می کند، اغلب به صورت امواج رادیویی در طول موج های بسیار خاص ، مقدار خاصی از انرژی یا جذب می شود یا ساطع می شود. هر مولکول دارای یک الگوی منحصر به فرد از طول موج هایی است که ساطع یا جذب می کند، و این الگو به عنوان یک “اثر انگشت” مشخص برای شناسایی مولکول عمل می کند.
دانشمندان طول موج های منفرد را در چنین الگویی خطوط طیفی می نامند، زیرا آنها در نمودارها ظاهر می شوند. یک ماده شیمیایی خاص می تواند خطوط طیفی متعددی ایجاد کند. طول موج دقیق هر خط را می توان اندازه گیری کرد، اما این فرآیند بسیار پر زحمت و چالش برانگیز است. با این حال، بدون چنین اندازه گیری هایی، شناسایی بسیاری از خطوط دیده شده در رصدهای نجومی دشوار بوده است. این واقعیت که الگوی خطوط برای یک مولکول خاص با دمای آن تغییر می کند، به دشواری کار اضافه می کند.
این پیشرفت به دلیل فناوری جدیدی است که به دانشمندان اجازه می دهد تا طیف وسیعی از طول موج ها را هم با ALMA و هم در آزمایشگاه به طور همزمان جمع آوری و تجزیه و تحلیل کنند.
اکنون می‌توانیم نمونه‌ای از یک ماده شیمیایی برداریم، آن را در آزمایشگاه آزمایش کنیم و نموداری از تمام خطوط مشخصه آن در طیف وسیعی از طول‌موج‌ها به دست آوریم. فرانک دلوسیا از دانشگاه ایالتی اوهایو (OSU) گفت: ما کل تصویر را یکباره دریافت می کنیم. او افزود: «سپس می‌توانیم ویژگی‌های تمام خطوط یک ماده شیمیایی را در دماهای مختلف مدل‌سازی کنیم».

دانشمندان با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی جدید OSU برای چند مولکول مشکوک، این الگوها را با الگوهای تولید شده از مشاهده منطقه ستاره‌زایی با ALMA مقایسه کردند.

نمودار انتشار رادیویی در فرکانس های متعدد از مولکول اتیل سیانید (CH3CH2CN) –

سارا فورتمن، همچنین از OSU، گفت: “تطابق فوق العاده بود.” او افزود: «خطوط طیفی که سال‌ها شناسایی نشده بودند، ناگهان با داده‌های آزمایشگاهی ما مطابقت داشتند، وجود مولکول‌های خاص را تأیید کردند و ابزار جدیدی برای حمله به طیف‌های پیچیده از مناطق در کهکشان به ما دادند.» اولین آزمایش‌ها با اتیل سیانید (CH3CH2CN) انجام شد، زیرا وجود آن در فضا قبلاً به خوبی ثابت شده بود و بنابراین یک آزمایش عالی برای این روش جدید تجزیه و تحلیل ارائه کرد.
در گذشته، خطوط ناشناس زیادی وجود داشت که ما آنها را «علف‌های هرز» نامیدیم، و آنها ما را در تجزیه و تحلیلها گیج کردند. اکنون آن «علف‌های هرز» سرنخ‌های ارزشمندی هستند که می‌توانند نه تنها به ما بگویند که چه مواد شیمیایی در این ابرهای گازی کیهانی وجود دارد، بلکه می‌تواند اطلاعات مهمی در مورد شرایط این ابرها نیز بدهد.
سوزانا راندال از مقر ESO در گارچینگ، آلمان گفت: «این یک دوره جدید در اخترشیمی است.» او افزود: «این تکنیک‌های جدید درک ما را از مهدکودک‌های جذابی که در آن ستارگان و سیارات جدید متولد می‌شوند متحول خواهد کرد.»
رمیجان خاطرنشان کرد، تکنیک‌های جدید را می‌توان با تلسکوپ‌های دیگر، از جمله تلسکوپ غول‌پیکر گرین بانک بنیاد ملی علوم در ویرجینیای غربی، و امکانات آزمایشگاهی مانند تلسکوپ‌های دانشگاه ویرجینیا، تطبیق داد. رمیجان گفت: «این تکنیک نو روشی را که اختر شیمی‌دانان انجام می‌دهند تغییر خواهد داد.»

منبع
https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/astrochemistry-enters-a-bold-new-era-with-alma/

https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Large_Millimeter_Array

ترجمه : زهرا فراهانی