Een internationale groep onderzoekers onder leiding van Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Duitsland) meldt de eerste identificatie van iso-propanol in de interstellaire ruimte, een stof die op aarde als ontsmettingsmiddel wordt gebruikt. Isopropanol is de grootste alcohol die tot nu toe is gedetecteerd, wat de toenemende complexiteit aantoont van leden van een van de meest voorkomende klassen van moleculen die in de ruimte kunnen worden gevonden. De identificatie werd mogelijk gemaakt dankzij waarnemingen van het stervormingsgebied Sagittarius B2 (Sgr B2) dicht bij het centrum van ons melkwegstelsel, waar al veel moleculen zijn gedetecteerd. Het is het doelwit van een uitgebreid onderzoek naar de chemische samenstelling ervan met de ALMA-telescoop in Chili.

De zoektocht naar moleculen in de ruimte is al meer dan 50 jaar aan de gang. Tot op heden hebben astronomen 276 moleculen in het interstellaire medium geïdentificeerd. De Keulse database voor moleculaire spectroscopie (CDMS) biedt spectroscopische gegevens om deze moleculen te detecteren, bijgedragen door vele onderzoeksgroepen en heeft in veel gevallen een belangrijke rol gespeeld bij de detectie ervan.

Het doel van dit werk is om te begrijpen hoe organische moleculen zich vormen in het interstellaire medium, met name in regio's waar nieuwe sterren worden geboren, en hoe complex deze moleculen kunnen zijn. De onderliggende motivatie is om verbindingen te leggen met de chemische samenstelling van lichamen in het zonnestelsel, zoals kometen, zoals bijvoorbeeld geleverd door de Rosetta-missie naar komeet Churyumov-Gerasimenko een paar jaar geleden.

Een opmerkelijk stervormingsgebied in onze melkweg waar in het verleden veel moleculen zijn gedetecteerd, is Boogschutter B2 (Sgr B2), die zich dicht bij de beroemde bron Sgr A* bevindt, het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg.

"Onze groep begon meer dan 15 jaar geleden de chemische samenstelling van Sgr B2 te onderzoeken met de IRAM 30-m-telescoop", zegt Arnaud Belloche van het Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn/Duitsland, de belangrijkste auteur van de detectie papier. "Deze waarnemingen waren succesvol en leidden met name tot de eerste interstellaire detectie van verschillende organische moleculen, naast vele andere resultaten."

Met de komst van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) tien jaar geleden, werd het mogelijk om verder te gaan dan wat kon worden bereikt in de richting van Sgr B2 met een telescoop met één schotel en een langetermijnstudie van de chemische samenstelling van Sgr B2 werd gestart die profiteerde van de hoge hoekresolutie en gevoeligheid van ALMA.

Tot nu toe hebben de ALMA-waarnemingen geleid tot de identificatie van drie nieuwe organische moleculen (isopropylcyanide, N-methylformamide, ureum) sinds 2014. Het laatste resultaat binnen dit ALMA-project is nu de detectie van propanol (C₃ H₇ OH).

Propanol is een alcohol en is nu de grootste in deze klasse van moleculen die in de interstellaire ruimte is gedetecteerd. Dit molecuul bestaat in twee vormen ("isomeren"), afhankelijk van aan welk koolstofatoom de hydroxyl (OH) functionele groep is bevestigd:1) normaal-propanol, met OH gebonden aan een eindstandig koolstofatoom van de keten, en 2) iso -propanol, met OH gebonden aan het centrale koolstofatoom in de keten. Isopropanol staat ook bekend als het belangrijkste ingrediënt in handdesinfecterende middelen op aarde. Beide isomeren van propanol in Sgr B2 werden geïdentificeerd in de ALMA-dataset. Het is de eerste keer dat isopropanol wordt gedetecteerd in het interstellaire medium en de eerste keer dat normaal-propanol wordt gedetecteerd in een stervormingsgebied. De eerste interstellaire detectie van normaal-propanol werd kort voor de ALMA-detectie verkregen door een Spaans onderzoeksteam met single-schotel radiotelescopen in een moleculaire wolk niet ver van Sgr B2. De detectie van isopropanol richting Sgr B2 was echter alleen mogelijk met ALMA.

"De detectie van beide isomeren van propanol is uniek krachtig bij het bepalen van het vormingsmechanisme van elk. Omdat ze zoveel op elkaar lijken, gedragen ze zich fysiek op zeer vergelijkbare manieren, wat betekent dat de twee moleculen op dezelfde plaatsen op dezelfde keer", zegt Rob Garrod van de Universiteit van Virginia (Charlottesville/VS). "De enige open vraag is de exacte hoeveelheden die aanwezig zijn - dit maakt hun interstellaire verhouding veel nauwkeuriger dan het geval zou zijn voor andere paren moleculen. Het betekent ook dat het chemische netwerk veel nauwkeuriger kan worden afgestemd om de mechanismen te bepalen door die ze vormen."

Het ALMA-telescoopnetwerk was essentieel voor de detectie van beide isomeren van propanol richting Sgr B2, dankzij de hoge gevoeligheid, de hoge hoekresolutie en de brede frequentiedekking. Een moeilijkheid bij de identificatie van organische moleculen in de spectra van stervormingsgebieden is de spectrale verwarring. Elk molecuul zendt straling uit met specifieke frequenties, zijn spectrale "vingerafdruk", die bekend is uit laboratoriummetingen.

"Hoe groter het molecuul, hoe meer spectraallijnen bij verschillende frequenties het produceert. In een bron als Sgr B2 dragen zoveel moleculen bij aan de waargenomen straling dat hun spectra elkaar overlappen en het is moeilijk om hun vingerafdrukken te ontwarren en ze afzonderlijk te identificeren, ", zegt Holger Müller van de universiteit van Keulen, waar laboratoriumwerk met name op normaal-propanol werd uitgevoerd.

Dankzij ALMA's hoge hoekresolutie was het mogelijk delen van Sgr B2 te isoleren die zeer smalle spectraallijnen uitzenden, vijf keer smaller dan de lijnen die op grotere schalen werden gedetecteerd met de IRAM 30-m radiotelescoop. De smalheid van deze lijnen vermindert de spectrale verwarring, en dit was de sleutel voor de identificatie van beide isomeren van propanol in Sgr B2. Ook de gevoeligheid van ALMA speelde een sleutelrol:het zou niet mogelijk zijn geweest om propanol in de verzamelde gegevens te identificeren als de gevoeligheid slechts twee keer erger was geweest.

Dit onderzoek is een langdurige poging om de chemische samenstelling van locaties in Sgr B2 waar nieuwe sterren worden gevormd te onderzoeken, en daardoor de chemische processen te begrijpen die aan het werk zijn tijdens de stervorming. Het doel is om de chemische samenstelling van de stervormingsplaatsen te bepalen en mogelijk nieuwe interstellaire moleculen te identificeren. "Propanol staat al lang op onze lijst van moleculen om naar te zoeken, maar het is alleen dankzij het recente werk dat in ons laboratorium is gedaan om het rotatiespectrum te karakteriseren dat we de twee isomeren ervan op een robuuste manier konden identificeren", zegt Oliver Zingsheim, ook van de universiteit van Keulen.

Door nauw verwante moleculen te detecteren die enigszins verschillen in hun structuur (zoals normaal- en iso-propanol of, zoals in het verleden werd gedaan:normaal- en iso-propylcyanide) en hun abundantieverhouding te meten, kunnen de onderzoekers specifieke delen van de chemisch reactienetwerk dat leidt tot hun productie in het interstellaire medium.

"Er zijn nog steeds veel ongeïdentificeerde spectraallijnen in het ALMA-spectrum van Sgr B2, wat betekent dat er nog veel werk moet worden verzet om de chemische samenstelling ervan te ontcijferen. In de nabije toekomst zal de uitbreiding van de ALMA-instrumentatie naar lagere frequenties ons waarschijnlijk helpen om de spectrale verwarring nog verder te verminderen en mogelijk de identificatie van extra organische moleculen in deze spectaculaire bron mogelijk te maken", besluit Karl Menten, directeur van het MPIfR en hoofd van de onderzoeksafdeling Millimeter- en Submillimeter-astronomie.

Het beeldvormende spectraallijnonderzoek dat ReMoCA met ALMA met hoge hoekresolutie heeft uitgevoerd en de resultaten van een recent spectroscopisch onderzoek van propanol werden gebruikt om te zoeken naar de iso- en normale isomeren van het propanolmolecuul in de hete moleculaire kern Sgr B2(N2) in de buurt van het galactische centrum. De interferometrische spectra werden geanalyseerd onder de aanname van lokaal thermodynamisch evenwicht. Het reactienetwerk van het astrochemische model MAGICKAL werd uitgebreid om de vormingsroutes van propanol te onderzoeken en de waarnemingsresultaten in een bredere astrochemische context te plaatsen.

De bijbehorende onderzoeken zijn gepubliceerd in Astronomy &Astrophysics . + Verder verkennen

FDA waarschuwt voor handontsmettingsmiddelen die besmet zijn met 1-propanol