en-GBde-DEes-ESfr-FR

W kosmosie wykryto zaskakująco skomplikowaną cząsteczkę


W międzygwiazdowych obłokach o ekstremalnie małej gęstości naukowcom udało się znaleźć cząsteczkę chemiczną o nieoczekiwanie złożonej strukturze. Odkrycie zmusza do zmiany sposobu myślenia o procesach chemicznych    zachodzących w pozornie pustych obszarach Galaktyki.

Przezroczyste obłoki materii międzygwiazdowej są penetrowane przez wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe i kosmiczne, zdolne rozbić każdą napotkaną cząsteczkę chemiczną. Jednak grupie naukowców, której trzon stanowią polscy astrofizycy i astrochemicy, udało się zaobserwować w takich obłokach cząsteczkę zbudowaną z niespodziewanie dużej liczby atomów: kation dwuacetylenu. Jego znalezienie w gazowo-pyłowych obłokach o małej gęstości może przyczynić się do rozwikłania najstarszej nierozwiązanej zagadki spektroskopii. Badania z użyciem 8-metrowego teleskopu w Paranal Observatory w Chile przeprowadził zespół naukowców z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika (UMK) w Toruniu, Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie oraz Uniwersytetu w Seulu. Grupą kieruje prof. dr hab. Jacek Krełowski z Centrum Astronomii UMK.

Gęstość przezroczystych obłoków międzygwiazdowych jest ekstremalnie mała. „Rozcieńczenie materii w takich obłokach odpowiada gęstości otrzymanej w wyniku rozprowadzenia jednej szklanki powietrza w pustym sześcianie o podstawie mającej powierzchnię małego kraju. To znacznie mniej od najlepszej próżni wytwarzanej w laboratoriach” – wyjaśnia jeden ze współodkrywców, doc. dr hab. Robert Kołos z Zespołu Astrochemii Laboratoryjnej IChF PAN. Obłoki międzygwiazdowe mają jednak ogromne rozmiary, sięgające nawet kilkudziesięciu lat świetlnych, dlatego znajdujące się w nich cząsteczki mają szansę oddziaływać z penetrującym obłok promieniowaniem elektromagnetycznym. Badaniem oddziaływań promieniowania z materią zajmuje się dział nauki zwany spektroskopią.

Cząsteczki pochłaniają i emitują fotony wyłącznie o określonych energiach (a zatem i długościach fal), odpowiadających różnicom między poziomami energetycznymi charakterystycznymi dla danej cząsteczki. Zatem wskutek oddziaływania z rozrzedzonymi gazami w przezroczystych obłokach, powszechnymi w naszej i innych galaktykach, światło gwiazd dociera do Ziemi nieco zmienione. Brakuje w nim fal o pewnych długościach – tych, które zostały zaabsorbowane przez atomy i cząsteczki chemiczne znajdujące się po drodze.

W latach 20. ubiegłego wieku astrofizycy zaobserwowali, że światło jest pochłaniane przez ośrodek międzygwiazdowy w sposób, którego nie udało się wyjaśnić obecnością wówczas znanych, bardzo prostych składników gazu międzygwiazdowego. Dzisiaj za pomocą fal radiowych wykrywa się cząsteczki dość duże – rekordzistą jest liczący 13 atomów cyjanopoliacetylen HC11N – ale rodzą się one wewnątrz gęstych, nieprzezroczystych obłoków, gdzie są chronione przed niszczącym promieniowaniem.

„Osobliwe właściwości optyczne obłoków przezroczystych, związane z obecnością tzw. rozmytych linii absorpcji międzygwiazdowej DIB, czyli Diffuse Interstellar Bands, pozostają tajemnicą od prawie 90 lat. Zyskały nawet miano najstarszej nierozwiązanej zagadki spektroskopii” – stwierdza prof. Krełowski, autorytet w dziedzinie spektroskopii optycznej ośrodka międzygwiazdowego. Obecne odkrycie pozwoliło dodać do zbioru DIB nową linię i zarazem zidentyfikować ją jako pochodzącą od kationu dwuacetylenu H-CC-CC-H+. „Dwuacetylen jest cząsteczką nieoczekiwanie dużą jak na przezroczyste obłoki międzygwiazdowe. Dotychczas znajdowano tam połączenia co najwyżej trzech atomów: węgla C3 i wodoru H3+. Aby wyjaśnić obecność kationu dwuacetylenu, będziemy musieli zweryfikować obecne modele astrochemiczne” – dodaje doc. Kołos.

Cząsteczki o budowie niesymetrycznej – takiej jak wspomniany cyjanopoliacetylen: liniowy ciąg atomów węgla zakończony z jednej strony wodorem, z drugiej azotem – są zdolne do emitowania lub pochłaniania fal radiowych. Kation dwuacetylenu pozostawał długo nieuchwytny, ponieważ jest symetryczny, a zatem niewidzialny dla radioteleskopów. Obecne obserwacje optyczne sugerują jednak, że jest to dość pospolity składnik ośrodka międzygwiazdowego. Widać go nie tylko w dwóch obszarach Galaktyki znanych ze szczególnie dużej zawartości węgla, lecz ujawnił się także po uśrednieniu danych z kilkunastu innych kierunków obserwacji.

Dzięki detekcji kationu dwuacetylenu można przypuszczać, że wśród rozmytych linii międzygwiazdowych są i inne pochodzące od podobnych, symetrycznych cząsteczek. „Wydaje się prawdopodobne, że zagadka DIB zostanie wkrótce w istotnej części wyjaśniona” – podsumowuje prof. Krełowski.

 Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie

i farmacji. Instytut publikuje około 300 oryginalnych prac badawczych rocznie.

„Evidence for diacetylene cation as the carrier of a diffuse interstellar band”, J. Krełowski, Y. Beletsky, G.A. Galazutdinov, R. Kołos, M. Gronowski, G. LoCurto; Astrophysical Journal Letters 714 (2010) 64.
Attached files
  • pdf file
  • W przezroczystych obłokach materii międzygwiazdowej wykryto kation dwuacetylenu, cząsteczkę zbudowaną z dwóch atomów wodoru i czterech węgla. (Źródło: IChF PAN, NASA & C.R. O'Dell/Vanderbilt University)
Regions: Europe, Poland
Keywords: Science, Physics, Chemistry

Testimonials

We have used AlphaGalileo since its foundation but frankly we need it more than ever now to ensure our research news is heard across Europe, Asia and North America. As one of the UK’s leading research universities we want to continue to work with other outstanding researchers in Europe. AlphaGalileo helps us to continue to bring our research story to them and the rest of the world.
Peter Dunn, Director of Press and Media Relations at the University of Warwick
AlphaGalileo has helped us more than double our reach at SciDev.Net. The service has enabled our journalists around the world to reach the mainstream media with articles about the impact of science on people in low- and middle-income countries, leading to big increases in the number of SciDev.Net articles that have been republished.
Ben Deighton, SciDevNet
AlphaGalileo is a great source of global research news. I use it regularly.
Robert Lee Hotz, LA Times

We Work Closely With...


  • BBC
  • The Times
  • National Geographic
  • The University of Edinburgh
  • University of Cambridge
Copyright 2021 by DNN Corp Terms Of Use Privacy Statement