اليوم، تم حل مسألة من أين تأتي العناصر الأساسية للحياة إلى حد كبير. وبفضل الاكتشافات العديدة في العقود الأخيرة، أكد العلماء أن الجزيئات العضوية موجودة في الفضاء. بالإضافة إلى ذلك، أكدت الأبحاث الحديثة أيضًا أنه يمكن العثور على الأحماض الأمينية في الكويكبات القريبة من الأرض (NEAs)، ويمكن للبروتينات أن تتشكل بالكامل من تلقاء نفسها. وللأسف، لا تزال بعض قطع اللغز مفقودة، وهي ضرورية للعثور على كيفية تجميع هذه العناصر الأساسية معًا.
وهذا يشمل الميثانول (CH3OH)، المعروف أيضًا باسم كحول الخشب، وهو جزيء عضوي يلعب دورًا أساسيًا في تكوين الجزيئات العضوية المعقدة في الفضاء. ومع ذلك، فقد اكتشف بحث جديد أجراه برنامج ALMA COMPASS الكبير الميثانول المتحلل بالكامل (المعروف أيضًا باسم “الميثانول الثقيل”) (CD3OD) حول النجم الأولي IRAS4A2. إن وفرة هذا الجزيء حول هذا النجم الصغير جدًا تتحدى النماذج الكيميائية الحالية، والتي لا يمكنها إعادة إنتاج الكمية المرصودة.
قاد الدراسة أرنو بيلوش في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR). وانضم إليه باحثون من معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض (MPE)، ومعهد البحوث في الفيزياء الفلكية والكواكب (IRAP)، ومعهد نيلز بور، والمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO)، والمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO)، ومعهد RIKEN للأبحاث الرائدة، والعديد من الجامعات والمعاهد الأخرى. وتنشر النتائج في العدد الحالي من علم الفلك والفيزياء الفلكية.
التركيب الكيميائي للجزيئات العضوية المعقدة المكتشفة في قرص الكواكب الأولية. © الائتمان: ESO/L. كالسادا/ت. مولر (MPIA/HdA)
لقد اكتشف العلماء بالفعل أدلة على وجود جزيئات معقدة أخرى (مثل الأيزوبروبانول، أو “الكحول المحمر”) حول أنظمة النجوم الصغيرة جدًا. وتشير التجارب إلى أنها من المحتمل أن تتشكل على سطح حبيبات الغبار الجليدية في السحب السديمية الباردة، وتتفاعل ببطء مع الكربون والأكسجين والهيدروجين وذرات أخرى لتشكل جزيئات متزايدة التعقيد قبل فترة طويلة من تشكل نجم جديد. بمجرد أن يبدأ النجم الأولي في التألق وتدفئة المناطق المحيطة به، يتم إطلاق هذه المركبات على شكل غازات.
وعند هذه النقطة، فإن أدوات مثل مصفوفة أتاكاما المليمترية تحت المليمترية الكبيرة (ALMA)، الموجودة في تشيلي، هي وحدها القادرة على اكتشافها. هذه الدراسة الأخيرة هي واحدة من العديد من الدراسات التي تم إجراؤها من خلال برنامج ALMA للجزيئات العضوية المعقدة في النجوم الأولية باستخدام برنامج ALMA Spectral Surveys (COMPASS)، والذي اعتمد على ALMA لفحص 11 نجمًا أوليًا قريبًا شبيهًا بالشمس والمعروفة باستضافة جزيئات عضوية معقدة.
أحد هذه الأنظمة كان IRAS4A2، وهو نجم أولي يقع على بعد 1000 سنة ضوئية في سحابة بيرسيوس الجزيئية. هنا، اكتشف العلماء بشكل لا لبس فيه الميثانول المتحلل بالكامل لأول مرة، وهو شكل من أشكال الميثانول يتم فيه استبدال ذرات الهيدروجين بالديوتيريوم (D، أو “الهيدروجين الثقيل”). وكانت أيضًا المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف جزيء متحلل أربع مرات في الفضاء بين النجوم. وقالت سيلفيا سبيتسانو، رئيسة مجموعة البحث في MPE والمؤلفة المشاركة في الدراسة:
يمكّننا الإزالة من تتبع التطور الكيميائي للجزيئات أثناء تكوين النجوم والكواكب. وهذا يساعدنا على فهم كيمياءها، وفي النهاية، كيفية نقل التعقيد الجزيئي من السحب بين النجوم إلى الأنظمة الكوكبية.
انطباع فني لخط الماء الثلجي حول النجم الشاب V883 Orionis، كما تم اكتشافه بواسطة مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة (ALMA) في عام 2016. Credit: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
بالإضافة إلى اكتشاف CD3OD، سمحت بيانات ALMA أيضًا للفريق بتحديد الوفرة الكيميائية لمتغيرات الميثانول المختلفة حول النجم الأولي. وأظهرت نتائجهم أن متغير CD3OD أكثر وفرة بحوالي 100 مرة مما توقعته النماذج الكيميائية. يشير هذا إلى أن هناك عملية غير معروفة تقود إلى تكوين الميثانول المتحلل بالكامل، وهي عملية تفتقدها النماذج الحالية.
اكتشف الفريق أيضًا العديد من الخطوط الطيفية التي لم يتمكنوا من تحديدها بعد. ولكن بالنظر إلى اكتشاف الميثانول الديوتريتيد بالكامل، فإنهم يشتبهون في أن هذه يمكن أن تأتي من أشكال الميثانول الديوتريتيترية المتعددة، مثل كحول الميثيل الديوتريتيد الأحادي (CH).2DOD) و ديديوتيريوميثيل ديتيروكسيد (CHD2التطوير التنظيمي). ويعمل الفريق حالياً على تأمين البيانات المخبرية اللازمة للتأكد من ذلك. سعيد سبيتزانو:
في مركز الدراسات الكيميائية الفلكية في MPE، نقوم بتنفيذ برنامج مختبري منهجي لدراسة التحليل الطيفي للجزيئات العضوية المعقدة، بما في ذلك CH2DOD وCHD2OD. تسمح لنا هذه الجزيئات بدراسة بدائل النظائر عبر مجموعات وظيفية مختلفة، والتي تعمل بمثابة “علامات” كيميائية لتتبع نمو التعقيد الجزيئي.
بالإضافة إلى ورقة الفريق، يتم نشر ست دراسات أخرى من مشروع COMPASS. وقد سلطوا معًا الضوء على تنوع الجزيئات العضوية المعقدة في الفضاء.
مزيد من القراءة: معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض
