کشف بلوک های سازنده حیات در کیهان

یک پیشرفت شیمیایی کیهانی: اخترشناسان بلوک­ های سازنده جدیدی برای ماده آلی پیچیده کشف کردند

برگردان به پارسی: مریم شهابی کارشناسی ارشد زبانشناسی همگانی

پاییز 1404

با کشف مولکول جدیدی در اعماق فضای میان ­ستاره ­ای، فهرست مولکول­ های پیچیده شناخته شده گسترش می­ یابد.

عنصر کربن هم بر روی زمین و هم احتمالاً در گستره وسیع فضا، یکی از بلوک ­های اصلی سازنده حیات است. انتظار می­ رود مقدار زیادی کربن در فضا وجود داشته باشد اما به طور شگفت ­آوری یافتن آن همیشه آسان نیست. هرچند کربن در مکان­ های مختلف قابل مشاهده است، اما حجم آن با پیش­ بینی ­های اخترشناسان همخوانی ندارد. کشف یک مولکول پیچیده جدید به نام 1-سیانوپیرن این انتظارها را به چالش می ­کشد؛ اینکه بلوک­ های سازنده کربن کجا یافت می شوند و چگونه تکامل می ­یابند. این پژوهش امروز در مجله science منتشر شد.

1-سیانوپیرن یکی از مشتقات پیرن است که یک هیدروکربن آروماتیک چند حلقه می باشد.

1-سیانوپیرن یک مولکول آلی متشکل از چندین حلقه بنزن به هم پیوسته است و به دسته­ ای از ترکیبات موسوم به هیدروکربن­ های آروماتیک چند حلقه­ ای (PAHs) تعلق دارد که پیشتر تصور می ­شد این ترکیبات تنها در دماهای بالا و محیط­های پرانرژی مانند اطراف ستارگان پیر، شکل می­ گیرد. روی زمین PAHs در سوخت­ های فسیلی در حال سوختن و همچنین به صورت آثار سوختگی روی غذاهای کبابی یافت می­ شود.

هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای

با این حال، مولکول­ های تازه مشاهده شده 1-سیانوپیرن در ابر مولکولی ثور-1 (TMC-1) کشف شدند، یک ابر میان ­ستاره ­ای سرد که هنوز فرایند تشکیل ستاره را آغاز نکرده و دمایش تنها حدود 10 درجه بالاتر از صفر مطلق است.

برت مک گوایر، استادیار شیمی در MIT و اخترشناس وابسته به رصدخانه رادیویی ملی بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF NRAO) بیشتر دوران حرفه­ ای خود را صرف مطالعه PAHs و نمونه های موجود در TMC-1 کرده است. او می گوید: «TMC-1 یک آزمایشگاه طبیعی برای بررسی این

مولکول ­ها است که بعدها بلوک ­های سازنده ستارگان و سیارات می­ شود. این­ها بزرگترین مولکول ­هایی هستند که تاکنون در TMC-1 یافته ­ایم. این کشف مرزهای درک ما از پیچیدگی مولکولهایی که می ­توانند در فضای میان ستاره­ای وجود داشته باشند را جابه جا می ­کند».

اخترشناسان برای کشف 1-سیانوپیرن از تلسکوپ گرین بنک بزرگترین رادیو تلسکوپ کاملاً قابل هدایت در جهان استفاده کردند.

رادیوتلسکوپ گرین‌بنک (Green Bank Telescope)  بزرگ‌ترین رادیو تلسکوپ قابل هدایت از نظر جهت زاویه دید در جهان است که در ویرجینیای باختری در رصدخانه ملی رادیو اخترشناسی آمریکا قرار دارد. این رادیوتلسکوپ متشکل از یک سهمی گون با قطر ۱۰۰ متر است.

هر مولکول طیف چرخشی منحصر به فردی دارد، مانند اثر انگشت که امکان شناسایی آن را فراهم می ­سازد. با این حال، اندازه بزرگ و نبود گشتاور دو قطبی دائم، می­تواند شناسایی برخی PAHs را دشوار یا حتی ناممکن کند. مشاهدات این ایزومر جدید سیانوپیرن می­ تواند شواهد غیرمستقیمی از وجود مولکول­ های بزرگتر و پیچیده ­تر در مشاهدات آینده فراهم کند.

1-سیانوپیرن:

هارشال گوپتا مدیر برنامه NSF برای رصدخانه گرین بنک و یکی از نویسندگان این مقاله توضیح می­ دهد: «شناسایی طیف چرخشی منحصر به فرد 1-سیانوپیرن نیازمند کار یک تیم علمی میان رشته­ ای بود. این پژوهش ترکیبی از تخصص اخترشناسی و شیمی بود و اندازه ­گیری ­ها و تحلیل­ ها در آزمایشگاه طیف سنجی مولکولی دکتر مایکل مک کارتی در مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونین انجام شد. این تیم شامل پژوهشگران در سطوح مختلف بود و یک پژوهشگر پسادکتری MIT به نام گابی ونزل هدایت کار آزمایشگاهی و مقاله را بر عهده داشت».

هر سه ایزومر سیانوپیرن ممکن در TMC-1 شناسایی شدند. مکان‌های کربن معادل با دایره‌های رنگی مشخص شده‌اند.

اخترشناسان PAHs را تنها برای شناخت چرخه زندگی آن­ها مطالعه نمی­ کنند، بلکه برای درک بیشتر تعامل شان با محیط میان ­ستاره ­ای (ISM) و اجرام آسمانی اطراف نیز بررسی می ­کنند. باور بر این است که PAHs مسئول نوارهای فروسرخ ناشناخته ­ای هستند که در بسیاری از اجرام نجومی مشاهده می شوند. این نوارها از فلورسانس فروسرخ PAHs پس از جذب فوتون­ های فرابنفش از ستارگان پدید می ­آیند. شدت این نوارها نشان می­دهد که PAHs می ­توانند بخش قابل توجهی از کربن موجود در محیط میان ­ستاره ­ای را تشکیل دهند.

مولکول های PAHs همچنین در نزدیکی ما یافت شده ­اند. در دسامبر گذشته، تیمی از پژوهشگران که نمونه ­هایی بازگردانده شده از یک سیارک در منظومه شمسی ما را بررسی می­کردند، دریافتند این نمونه­ ها نه تنها حاوی PAHs هستند بلکه مقدار زیادی پیرن و همچنین یک PAH به نام نفتالین را در خود دارند؛ ترکیبی که مک گوایر و همکارانش پیش­تر شواهدی از وجود آن در TMC-1 یافته بودند. علاوه بر این، با تحلیل امضاهای ایزوتوپ نادر کربن -کربن 13- در نمونه، آن­ها توانستند مشخص کنند که هر دوی این PAHs باید در دماهای بسیار پایین شکل گرفته باشد؛ در واقع، به قدری پایین که برابر با همان 10 کلوینِ TMC-1 باشد!
مک گوایر می­گوید: «این یافته ­ها به ما نشان می ­دهد که این PAHs که ما در منظومه شمسی خودمان یافته­ ایم، ممکن است مدت­ها پیش از تولد ستاره ما، در ابر سرد و تاریک گاز و غبار مانند TMC-1 که خورشید را به وجود آورد، شکل گرفته باشند. شگفت انگیز است که شاید ما در حال نگاه کردن به پرونده باستان ­شناسی شیمیایی خاستگاه ­های مولکولی خود در این سیارک­ ها… و همچنین در حال نگاه کردن به آغاز همان پرونده برای هر منظومه شمسی و سیاره ­هایی که در نهایت در TMC-1 شکل خواهند گرفت، باشیم».

مک گوایر و همکارانش به جستجو برای PAHs دیگری در TMC-1 را ادامه خواهند داد تا تصویر کامل­ تری از جمعیت مولکولی در این ناحیه به دست آورند. کشف PAHs در این ابر سرد و متراکم دیدگاه سنتی درباره شکل­ گیری آن­ها را به چالش می­ کشد و پیامدهایی برای نقش آن در شیمی میان ­ستاره ­ای و اخترزیست شناسی دارد. باور بر این است که PAHs پیش ­ساز مولکول ­های ضروری برای پیدایش حیات­ اند. پژوهش ­های آینده بینش ­هایی درباره شکل­ گیری ستارگان و سیارات فراهم خواهد کرد و در نهایت به درک ما از شرایطی که به ظهور حیات در جهان منجر می­شود، کمک خواهد کرد.

سرچشمه:

National Radio Astronomy Observatory

https://www.nature.com

https://en.wikipedia.org

https://blog.chemistry-matters.com