I Horse Head nebula upptäckte något konstigt. Denna nebulosa, uppkallad efter sin silhuett och som är en utökad moln av gas och stoft 1500 ljusår från Jorden, där nya stjärnor håller på att skapas. Detta är en av de mest kända himlakroppar, forskare har studerat det bra. I 2011, astronomer från Institutet för millimeter radioastronomi (IRAM) och andra platser igen.
Med 30-meters IRAM-teleskopet i spanska Sierra Nevada, de studerade i två delar av manen på en häst i radiospektrum. Nej, de var inte samlade bilden av Hästen Huvud; de var intresserade av spektrum — de läser ljuset bryter sig in i sina olika våglängder, som avslöjar den kemiska sammansättningen av nebulosan. På skärmen, dessa uppgifter är liknande till de utbrott av hjärt-skärm; varje topp tyder på att molekylen i nebulosan avger ljus av en viss våglängd.
Varje molekyl i Universum skapar sin egen distinkta signatur, baserad på positionen av protoner, neutroner och elektroner i det. De flesta av de signaturer på data av Häst Huvud kan enkelt förklaras konventionella kemiska ämnen som kolmonoxid, formaldehyd, carbon neutral). Men det var också en liten okända på nätet 89,957 gigahertz. Det var ett mysterium — en molekyl, en helt okänd vetenskap.
Omedelbart efter att ha fått dessa uppgifter, Evelyn Ruff från Paris-Observatoriet och andra kemister i sitt team började lägga fram teorier om ämnet i molekylen, vilket skulle kunna skapa en signal. De drog slutsatsen att den okänd typ måste vara en linjär molekyl — förening där atomerna är arrangerade i en rak kedja. Och bara en viss typ av linjära molekyler som skulle kunna producera en spektral fingeravtryck som ses av kemister. Efter den lista av sådana molekyler, snubblade de på C3H+, propenylidene. Detta molekylära ion aldrig hade sett förut. I själva verket, han var inte ens tänkt att existera. Och om det fanns, skulle det vara extremt instabil. På Marken är han nästan omedelbart skulle reagera med något annat och skulle ha bildats en välbekant form. Men i rymden, där trycket är lågt, och molekyler sällan kolliderar med något som du kan bilda en relation, C3H+ kan finnas.
Rueff och hennes kollegor studerat om Hästen Head nebula innehåller rätt ingredienser och förutsättningar för bildandet av denna molekyl. Under 2012 har de publicerat en artikel i tidskriften Astronomy & Astrophysics, där han drog slutsatsen att signaturen finns sannolikt C3H+. “Jag var relativt övertygad om, säger Rueff. — Men det tog ytterligare två eller tre år för att övertyga alla om att vi fick det rätt”.
Vid första, vissa skeptiker ifrågasatt denna slutsats — om C3H+ ingen har sett förut, där de är säkra på att detta är den molekyl? Clincher kom förra året när forskare från Universitetet i Köln i Tyskland bestämde sig för att skapa ett tag C3H+ i laboratoriet. De har inte bara visat att molekylen finns, de gjorde det också möjligt för forskare att mäta dess spektrum och det var samma en som var i hästens Huvud. “Jag var glad att hitta en molekyl, vars existens vi inte hade tänkt på, säger Rueff. — När du kan komma till den slutsatsen med hjälp av logik, du är en riktig detektiv”.
En märklig molekyl var definierade, men det finns fortfarande många sådana. Horse Head nebula är inget undantag. Nästan överallt i Universum, astronomer där för att titta — om inte, naturligtvis, titta noga, de ser en osäker spektrallinjer. Anslutning med som vi människor känner till och som skapar en stor variation av material på den här planeten, är bara en del av det skapade naturen. I slutändan, efter årtionden av utveckling av teoretiska modeller och metoder för datorsimulering och laborationer på reproduktion av nya molekyler, astrogemini börja ge namn åt ett antal odefinierade linjer.
Tomt utrymme
Senast i 60 år, de flesta forskare tvivlar på att i den interstellära rymden kan existera molekyl — strålning måste det vara så allvarliga att de inte kommer att tillåta att finnas något som är mer atom par eller fria radikaler. 1968, fysikern Charles Townes av University of California vid Berkeley bestämde mig ändå för att leta efter molekyler i rymden. “Jag hade en känsla av att majoriteten av Berkeley astronomer trodde att min idé lite wild”, erinrade Townes, som fick Nobelpriset 2006. Men Townes aldrig gav upp och byggde en ny förstärkare för sex meter antenn radioobservatory Hat Creek i Kalifornien, som visade förekomst av ammoniak i Skytten B2 moln. “Hur enkelt och hur vacker. han skrev. Media och akademiker har börjat diskutera”.
På senare år har astronomer upptäckt mer än 200 typer av molekyler som svävar i rymden. Många skiljer sig mycket från vad vi har sett på vår planet. “Det brukar vi göra kemi på grundval av de villkor som finns på Jorden, säger Ryan Fortenberry, östrogena Georgia southern University. — När vi komma bort från detta paradigm, kemikalier kan skapa utan några begränsningar. Om du tänker dig en molekyl, oavsett hur konstigt, det finns en viss sannolikhet att efter den n: te gången någonstans i utkanten av den enorma utrymme som det verkar.”
Utrymmet är bokstavligen en annorlunda miljö. Temperaturen kan bli mycket, mycket högre än på Jorden (till exempel i stjärnans atmosfär), och mycket, mycket lägre (i en relativt tom interstellära rymden). På samma sätt, tryck (hög eller låg) skiljer sig från jorden. Följaktligen, molekyler kan bildas i rymden, planeten kan inte visas om någonsin — och om de kommer, vi kommer att ha hög aktivitet. “Molekylen kan vara år för att hänga ute i den interstellära rymden, innan de stöter på en annan molekyl, säger Timothy Lee, astrofysik Research center vid NASA Ames. — Det kan vara en region utan strålning, så även om molekylen är inte stabil, det kommer att pågå en lång tid.”
Dessa utrymme molekyler efter identifiering kunde ha mycket att lära oss. Några av dem kan vara användbara, om forskarna kan återskapa dem i labbet och lära sig att använda sina egenskaper. Andra molekyler som kan bidra till förklaring av ursprung av organiska komponenter som gav upphov till livet på Jorden. De kan också expandera gränserna för vår kunskap om vad som är kemiskt möjligt i vårt Universum.
Teleskop som kommer att förändra allt
Under det senaste decenniet, när uppkomsten av nya kraftfulla teleskop kan upptäcka svaga spektrallinjer, sökning av främmande molekyler snabbare. “Nu är det verkligen blomningen av astronomi, säger Suzanne Widicus weaver, styrgruppen för astrochemical vid Emory University. Data som nu finns har förbättrats dramatiskt under tio år. High altitude Observatory NASA SOFIA (stratosfären Observatory av infraröd astronomi), monterad ombord på en Boeing 747SP, började observerar infrarött ljus och mikrovågsugn i 2010, och rymdteleskop Herschel av European space Agency gick in i omloppsbana under 2009 och iakttar samma våglängd.
Och är verkligen förändra spelet är Atamanskiy ALMA, ett kluster av 66 radiologiska öppna under 2013. På en höjd på 5.200 meter på Chajnantor-platån, liknande till Mars atkarskoy öknen, den torraste platsen i världen, ALMA: s antenner som arbetar i samklang, samla in ljuset kosmiska objekt. Otroligt mörka och transparenta himlen där det praktiskt taget inte finns några moln, teleskopet ger oöverträffad känslighet och tillåta att fånga exakt våglängder från infrarött till radio. ALMA skapar en visuell och spektrala bild av varje pixel av sina bilder, som producerar tiotusentals spektrallinjer i varje område av den observerade himlen. “Det förvånar och orsakar spänning på samma gång, säger Widicus weaver. — Dessa data är så stor att vi ofta har för att skicka sina vetenskapsmän på flash-enheter så att de kan hämta dem”. Data stream erbjuder ett överflöd av nya spektrallinjer, som har att se astronomiska. Men hur osäker och fingeravtryck på brottsplatsen, dessa rader är meningslöst att forskare, tills de inser vilken typ av molekyler som de bildar.
I jakt på respekt
För att identifiera molekyler som motsvarar dessa rader, forskare kan gå två vägar. Som i fallet med C3H+, astrogemini kan börja med teorin, med spådom om spektrum för att försöka gissa vilken molekyl som kan gömma sig under. Metod kvantkemi ab initio (ab initio Latin för “från början”) tillåter forskare att börja med ren kvant-mekanik är den teori som beskriver beteendet av subatomära partiklar, för att beräkna egenskaper av molekyler som bygger på förflyttning av protoner, neutroner och elektroner i atomer och deras väljare. På en superdator, kan du köra upprepade simuleringar av molekyler, varje gång något att justera dess struktur och placeringen av dess partiklar, och titta på resultatet för att bestämma optimal geometri och en av komponenterna. “Quantum chemistry vi är inte begränsade som kan syntetisera, säger Fortenberry. — Vi är begränsade av storleken på molekylerna. Vi behöver mer datorkraft för att göra beräkningar”.
Forskare kan också hitta obestridliga bevis av nya molekyler, skapa dem i laboratoriet och direkt genom att mäta deras spektrala egenskaper. Den Allmänna metod som börjar med gaskammare, genom vilken el överförs. Elektronen nuvarande kan kollidera med gas molekyl och bryta dess kemiska bindningar, att skapa något nytt. Forskare stöd gas vid mycket låga tryck, så några nya kemiska substanser som har en chans att leva ett par ögonblick innan du krockar med en annan molekyl och reagera. Forskarna har sedan Lysa kameran ljus av olika våglängder för att mäta spektrum av vad som finns inuti. “Du kan vara i en position, när det framställs i laboratorium från samma molekyl som finns i rymden, men jag vet inte exakt vad, sade Michael McCarthy, en fysiker från Harvard-Smithsonian astrophysical center. — Så du är kvar för att försöka härleda sammansättningen av en kombination av olika laborationer med olika prover”.
Under 2006 McCarthy och hans kolleger har skapat en negativt laddad molekyl, C6H -, och ändrat sitt utbud. Snart efter, de fann samma spektrala avtryck i den interstellära moln av molekylär av Taurus på 430 ljusår bort. Tidigare sökningar av negativt laddade partiklar i rymden för att något inte leda, därför att många forskare tvivlar på att de finns i stora volymer. “Detta har lett oss till många upptäckter, tack vare vilka vi kan identifiera molekyler i laboratorium och sedan i rymden”, säger McCarthy. Laget har sedan hittade C6H – i många, mer än ett dussin kosmiska källor.
På 1980-talet, i ett försök att skapa nya kemikalier, forskare tagit fram en molekyl. (36ArH+), konstig anslutning, som inte finns på Jorden, inklusive vätgas i ädelgasen argon. Under 2013 astronomer hittat Argonia i rymden, första i krabbnebulosan, och senare i en avlägsen galax observationer med ALMA. Föreningar av ädla gaser bildas endast i mycket specifika omständigheter, forskare tror att i rymden högenergetiska partiklar — cosmic-rays — argon ansikte och knackar honom att elektronerna, vilket tillåter dem att ansluta med väte. Av denna anledning, om forskarna se Argonia i vissa område i rymden, de anser att detta område är full av kosmisk strålning. “Detta är en specifik indikator på vissa villkor, en mycket viktig sak i rymden, säger Holger müller av Universitetet i Köln.
Ny värld av molekyler
Många av de molekyler som lurar i stjärnor och nebulosor, extremt konstigt. Fråga hur de kommer att se ut eller vad som kommer att beröra, är meningslöst, eftersom även om du plocka upp, kommer de att omedelbart reagera. Om du fortfarande inte på att kontakta dem, de kommer nästan säkert att visa sig vara giftiga och cancerframkallande. Märkligt nog har forskare en grov bild av hur det kommer att lukta lite andra människor molekyler: många av dem tillhör den klass av aromatiska föreningar som bensen är derivat, som ursprungligen delade namn med stark lukt.
Några av de nya föreningar visar överraskande atomära struktur och dela upp avgiften mellan atomer i ett konstigt sätt. Ibland ifrågasätta den moderna teorin för molekylär bindning. Ett aktuellt exempel är den molekyl SiCSi finns i 2015 i en döende stjärna, som består av två kiselatomer och en kolatom, som är anslutna på ett oväntat sätt. Resultatet är en sådan märklig molekyl som har en spektrala signatur skiljer sig från de som förutspår en gemensam teoretisk modell.
Utrymme för en molekyl som kan hjälpa oss att svara på en av de mest grundläggande frågorna i Universum: hur började livet? Forskarna vet inte var den ursprungligen växte fram aminosyror, byggstenarna i livet på Jorden eller i rymden (och efter att du kom till vår planet av kometer och meteoriter). Svaret på denna fråga kan också berätta om många av de aminosyror som finns i Universum, kan de teoretiskt sår liv på myriader av andra exoplaneter. Astrogemini har märkt tecken på närvaro av aminosyror i rymden, och anslutning av de molekyler som ligger bakom dem.
Slutligen, det är möjligt att vissa sällsynta arter som kan vara användbara om de kan skapas i tillräckligt stora mängder och att kunna behålla under kontrollerade förhållanden. “Den stora hopp i astronomi är att hitta molekyler som kommer att ha helt nya egenskaper och som vi kan tillämpa för att lösa jordens problem, säger Fortenberry.
Ett bra exempel på en molecule “fullerener”. Dessa stora Montering av 60 kolatomer skapades först i laboratoriet i 1985 (och förde ett nobelpris). Efter nästan tio år har astronomer sett spektrallinjer i interstellär gas, som är exakt som anges i det positivt laddade version av fullerener, och detta förhållande bekräftades i juli, när forskarna jämförde signaturer med ett spektrum av fullerener som har skapats i cosmoshopping förhållanden i laboratoriet. Senare fullerener var inte bara en konstig space discovery, och det är en anständig praktiska verktyg för nanoteknik, användbart för att bygga material, förbättra solpaneler, och även i läkemedel.
Så långt, astrogemini fortfarande stänk i det grunda vattnet i ett stort hav av molekyler någonstans i rymden. Resultaten påminner oss om att vårt eget hörn av rymden är relativt små kan vara små, inte nämnvärt, bara ett exempel på de möjligheter som finns. Kanske de molekyler som vi har på Jorden, är faktiskt exotiska och C3H+, fullerener och andra ännu okända molekyler — normal materiella universum.