Analyse eller "fingering" af kemikalier i det ydre rum er nu mulig takket være nyt teleskop og laboratorieteknologi.
Ved at kombinere ALMA-teleskopets avancerede kapacitet med nyudviklede laboratorieteknikker åbner forskere en helt ny æra for at dechiffrere universets kemi. Et forskerteam demonstrerede deres gennembrud ved hjælp af ALMA-data fra observationer af gassen i en stjernedannende region i stjernebilledet Orion.
Ved hjælp af ny teknologi både ved teleskopet og i laboratoriet kunne forskerne i høj grad forbedre og fremskynde processen med at identificere “fingrene” på kemikalier i kosmos, hvilket muliggjorde undersøgelser, der indtil nu ville have været umulige eller uoverkommelige tidskrævende .
”Vi har vist, at med ALMA, vil vi være i stand til at lave reel kemisk analyse af de gasformige 'gartnerier', hvor nye stjerner og planeter dannes, ubegrænset af mange af de begrænsninger, vi har haft i fortiden, ”Sagde Anthony Remijan fra National Radio Astronomy Observatory i Charlottesville, VA.
ALMA, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, er under opførelse i Atacama-ørkenen i det nordlige Chile i en højde af 16.500 fod. Når de blev afsluttet i 2013, vil dens 66 højpræcisionsantenner og avanceret elektronik give forskere en hidtil uset kapacitet til at udforske universet set på bølgelængder mellem længere bølgelængde radio og infrarød.
Disse bølgelængder er især rige på spor om tilstedeværelsen af specifikke molekyler i kosmos. Mere end 170 molekyler, herunder organiske molekyler som sukker og alkoholer, er blevet opdaget i rummet. Sådanne kemikalier er almindelige i de gigantiske skyer af gas og støv, hvor nye stjerner og planeter dannes. ”Vi ved, at mange af de kemiske forstadier til livet eksisterer i disse stjerneskoler, allerede før planeterne dannes,” sagde Thomas Wilson fra Naval Research Laboratory i Washington, D.C.
Molekyler i rummet roterer og vibrerer, og hvert molekyle har et bestemt sæt rotations- og vibrationsbetingelser, der er mulige for det. Hver gang et molekyle skifter fra en sådan tilstand til en anden, absorberes eller udsendes en specifik mængde energi, ofte som radiobølger ved meget specifikke bølgelængder. Hvert molekyle har et unikt mønster af bølgelængder, som det udsender eller absorberer, og det mønster tjener som en fortællende "finger", der identificerer molekylet.
Gennembrudet kommer på grund af ny teknologi, der giver forskere mulighed for at samle og analysere et bredt bølgelængde på én gang, både med ALMA og i laboratoriet.
VIS STØRRE | Plot af radioemission ved adskillige frekvenser fra molekylet ethylcyanid (CH3CH2CN). Blå er plottet fra terrestrisk laboratoriemåling; rød er plottet fra ALMA-observation af et stjernedannende område i stjernebilledet Orion. Evnen til at udføre denne type matching er et stort gennembrud for at studere universets kemi. Der er overlejret plot af Hubble-rumteleskopbillede af Orion-tågen; lille boks angiver placering af det observerede område med ALMA. Billedkredit: Fortman et al., NRAO / AUI / NSF, NASA.
”Vi kan nu tage en prøve af et kemikalie, teste det i laboratoriet og få et plot af alle dets karakteristiske linjer over et stort antal bølgelængder. Vi får hele billedet på én gang, ”sagde Frank DeLucia fra Ohio State University (OSU). ”Vi kan derefter modellere egenskaberne for alle kemikaliets linjer ved forskellige temperaturer,” tilføjede han.
Bevæbnet med nye OSU-laboratoriedata for et par mistænkte molekyler sammenlignede forskerne derefter mønstrene med de, der blev produceret ved at observere den stjernedannende region med ALMA.
”Matchupen var fantastisk,” sagde Sarah Fortman, også fra OSU. ”Spektrale linjer, der var blevet identificeret i årevis, matchede pludselig vores laboratoriedata, verificerede eksistensen af specifikke molekyler og gav os et nyt værktøj til at angribe de komplekse spektre fra regioner i vores Galaxy,” tilføjede hun. De første test blev udført med ethylcyanid (CH3CH2CN), fordi dens eksistens i rummet allerede var veletableret, og det leverede derfor en perfekt test til denne nye analysemetode.
”Tidligere var der så mange uidentificerede linjer, at vi kaldte dem” ukrudt ”, og de forvirrede kun vores analyse. Nu er disse 'ukrudt' værdifulde spor, der kan fortælle os ikke kun, hvilke kemikalier der er til stede i disse kosmiske gasskyer, men også kan give vigtige oplysninger om forholdene i disse skyer, ”sagde DeLucia.
”Dette er en ny æra inden for astrokemi,” sagde Suzanna Randall fra ESOs hovedkvarter i Garching, Tyskland. "Disse nye teknikker vil revolutionere vores forståelse af de fascinerende planteskoler, hvor nye stjerner og planeter bliver født."
De nye teknikker, påpegede Remijan, kan også tilpasses til andre teleskoper, herunder National Science Foundation's gigantiske Green Bank-teleskop i West Virginia, og laboratoriefaciliteter som dem på University of Virginia. ”Dette vil ændre den måde, astrokemikere handler med,” sagde Remijan.
Via National Radio Astronomy Observatory