Nieuw onderzoek van de groep van MIT-professor Brett McGuire heeft de aanwezigheid van een voorheen onbekend molecuul in de ruimte onthuld. Het open-accessartikel van het team, "Rotational Spectrum and First Interstellar Detection of 2-Methoxyethanol Using ALMA Observations of NGC 6334I", werd gepubliceerd in het nummer van 12 april van The Astrophysical Journal Letters .

Zachary T.P. Fried, een afgestudeerde student in de McGuire-groep en de hoofdauteur van de publicatie, werkte aan het samenstellen van een puzzel bestaande uit stukjes verzameld van over de hele wereld, die zich uitstrekten van buiten MIT tot Frankrijk, Florida, Virginia en Kopenhagen, om tot deze opwindende ontdekking te komen.

‘Onze groep probeert te begrijpen welke moleculen aanwezig zijn in gebieden in de ruimte waar sterren en zonnestelsels uiteindelijk vorm zullen krijgen’, legt Fried uit. ‘Hiermee kunnen we samenbrengen hoe de chemie evolueert naast het proces van ster- en planeetvorming. We doen dit door te kijken naar de rotatiespectra van moleculen, de unieke lichtpatronen die ze afgeven als ze eind over eind in de ruimte tuimelen.

“Deze patronen zijn vingerafdrukken (streepjescodes) voor moleculen. Om nieuwe moleculen in de ruimte te detecteren, moeten we eerst een idee hebben van welk molecuul we willen zoeken, dan kunnen we het spectrum ervan vastleggen in het laboratorium hier op aarde, en dan kunnen we uiteindelijk zoek dat spectrum in de ruimte met behulp van telescopen."

Zoeken naar moleculen in de ruimte

De McGuire Group is onlangs begonnen met het gebruik van machinaal leren om goede doelmoleculen voor te stellen om naar te zoeken. In 2023 suggereerde een van deze machine learning-modellen dat de onderzoekers zich zouden richten op een molecuul dat bekend staat als 2-methoxyethanol.

"Er zijn een aantal 'methoxy'-moleculen in de ruimte, zoals dimethylether, methoxymethanol, ethylmethylether en methylformiaat, maar 2-methoxyethanol zou de grootste en meest complexe zijn die ooit is gezien", zegt Fried.

Om dit molecuul te detecteren met behulp van radiotelescoopobservaties, moest de groep eerst het rotatiespectrum op aarde meten en analyseren. De onderzoekers combineerden experimenten van de Universiteit van Lille (Lille, Frankrijk), het New College of Florida (Sarasota, Florida) en het McGuire-lab van het MIT om dit spectrum te meten over een breedbandgebied met frequenties variërend van de magnetron tot submillimeter. golfregimes (ongeveer 8 tot 500 gigahertz).

De uit deze metingen verzamelde gegevens maakten een zoektocht naar het molecuul mogelijk met behulp van Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-waarnemingen in de richting van twee afzonderlijke stervormingsgebieden:NGC 6334I en IRAS 16293-2422B. Leden van de McGuire-groep analyseerden deze telescoopwaarnemingen samen met onderzoekers van het National Radio Astronomy Observatory (Charlottesville, Virginia) en de Universiteit van Kopenhagen, Denemarken.

"Uiteindelijk hebben we 25 rotatielijnen van 2-methoxyethanol waargenomen die in lijn lagen met het moleculaire signaal dat werd waargenomen in de richting van NGC 6334I (de streepjescode kwam overeen), wat resulteerde in een veilige detectie van 2-methoxyethanol in deze bron", zegt Fried. "Hierdoor konden we vervolgens fysieke parameters van het molecuul in de richting van NGC 6334I afleiden, zoals de overvloed en de excitatietemperatuur ervan. Het maakte ook een onderzoek mogelijk naar de mogelijke chemische vormingsroutes van bekende interstellaire voorlopers."

Ik kijk vooruit

Moleculaire ontdekkingen zoals deze helpen de onderzoekers de ontwikkeling van de moleculaire complexiteit in de ruimte tijdens het stervormingsproces beter te begrijpen. 2-methoxyethanol, dat 13 atomen bevat, is vrij groot voor interstellaire normen. Vanaf 2021 werden er buiten het zonnestelsel slechts zes soorten groter dan 13 atomen gedetecteerd, waarvan vele door de groep van McGuire, en ze bestonden allemaal als geringde structuren.

"Door voortdurende observaties van grote moleculen en daaropvolgende afleidingen van hun hoeveelheden kunnen we onze kennis vergroten over hoe efficiënt grote moleculen kunnen worden gevormd en door welke specifieke reacties ze kunnen worden geproduceerd", zegt Fried.

"Aangezien we dit molecuul in NGC 6334I maar niet in IRAS 16293-2422B hebben gedetecteerd, kregen we bovendien een unieke kans om te onderzoeken hoe de verschillende fysieke omstandigheden van deze twee bronnen de chemie kunnen beïnvloeden die kan optreden." P>

Meer informatie: Zachary T.P. Fried et al., Rotatiespectrum en eerste interstellaire detectie van 2-methoxyethanol met behulp van ALMA-waarnemingen van NGC 6334I, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad37ff

Journaalinformatie: Astrofysische dagboekbrieven

Aangeboden door Massachusetts Institute of Technology

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.