اكتشف العلماء جزيئًا جديدًا كبيرًا بشكل غير عادي لم يسبق له مثيل في الفضاء من قبل

[عبدالله أسحاق]

سديم مخلب القط، الذي تم تصويره هنا بواسطة تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا، هو عبارة عن سحابة ضخمة من الغاز على بعد 5500 سنة ضوئية من الأرض. يشير بحث جديد إلى أنه يحتوي على جزيء لم يسبق له مثيل في الفضاء. (حقوق الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)

يحتوي سديم "مخلب القط" المغبر على نوع من الجزيئات لم يسبق له مثيل في الفضاء، وهو أحد أكبر الجزيئات التي تم اكتشافها على الإطلاق

اكتشف العلماء جزيئًا جديدًا كبيرًا بشكل غير عادي لم يسبق له مثيل في الفضاء من قبل. تم اكتشاف الجزيء المكون من 13 ذرة، والذي يسمى 2-ميثوكسي إيثانول، في سديم مخلب القط.

اكتشف الباحثون جزيئًا كبيرًا بشكل غير عادي، ولم يتم اكتشافه سابقًا في سديم مخلب القط، وهي منطقة تشكل النجوم على بعد حوالي 5500 سنة ضوئية من الأرض. يعد المركب المسمى 2-ميثوكسي إيثانول، المكون من 13 ذرة، واحدًا من أكبر الجزيئات التي تم تحديدها على الإطلاق خارج نظامنا الشمسي، حسبما أفاد العلماء في 12 أبريل في مجلة The Astrophysical Journal Letters.

غالبًا ما نفكر في الفضاء باعتباره هوة متسعة من العدم بين النجوم، لكن هذا الفراغ الظاهري ينبض بالحياة بالكيمياء حيث تتجمع الذرات معًا وتتفكك لتكوين النجوم والكواكب على مدى ملايين السنين. إن فهم كيفية تشكل الجزيئات العضوية البسيطة مثل الميثان والإيثانول والفورمالدهيد يساعد العلماء على بناء صورة ليس فقط لكيفية ولادة النجوم والمجرات ولكن أيضًا لكيفية بدء الحياة.

ومع ذلك، فإن اكتشاف هذه العناصر الأساسية للحياة ليس بالأمر السهل. يمتلك كل جزيء "رمزًا شريطيًا" فريدًا للطاقة - وهو عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية المحددة للضوء التي يمكن للجزيء امتصاصها. على المستوى الكمي، يتوافق كل طول موجي ممتص مع انتقال بين مستوى طاقة دوراني وآخر، ولكل جزيء مجموعة مختلفة ولكن محددة جيدًا من مستويات الطاقة التي قد تحدث فيها هذه التحولات. يمكن قياس هذا الرمز الشريطي لتحولات الطاقة بسهولة في العينات في المختبر، ولكن يجب على علماء الكيمياء الفلكية بعد ذلك البحث عن نفس توقيع الطاقة في الفضاء.

وقال مؤلف الدراسة الأولى زاكاري فريد، عالم الكيمياء الفلكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: "عندما نلاحظ المصادر بين النجوم باستخدام التلسكوبات الراديوية، يمكننا جمع الإشارة الدورانية من الجزيئات الغازية في هذه المناطق من الفضاء". وفقًا لنفس قوانين ميكانيكا الكم كتلك الموجودة على الأرض، فإن التحولات الدورانية التي تمت ملاحظتها في بيانات التلسكوب يجب أن تتوافق مع تلك المقاسة في المختبر.

هذا النهج هو بالضبط الطريقة التي اكتشف بها فرايد وزملاؤه - وهم جزء من فريق بحث بقيادة بريت ماكغواير، أستاذ الكيمياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - 2-ميثوكسي إيثانول، وهو جزيء مكون من 13 ذرة يتم فيه استبدال إحدى ذرات الهيدروجين من الإيثانول بذرة هيدروجين. مجموعة ميثوكسي (O-CH3) أكثر تعقيدًا. هذا المستوى من التعقيد غير عادي بشكل خاص خارج النظام الشمسي، حيث تم اكتشاف ستة "أنواع" فقط أكبر من 13 ذرة على الإطلاق.

وقال فريد: "عادة ما تكون هذه الجزيئات أقل وفرة بكثير من الهيدروكربونات الأصغر حجما التي لها طرق تكوين أبسط". "بالإضافة إلى ذلك، يتم توزيع الإشارات الطيفية لهذه الجزيئات على عدد أكبر من التحولات، مما يجعل القمم الطيفية الفردية أضعف وأكثر صعوبة في المراقبة."

ولكن لم يكن الحظ وحده هو الذي قاد الفريق إلى هذا الاكتشاف؛ كما استخدموا الذكاء الاصطناعي. وكان الفريق قد طور سابقًا طريقة للتعلم الآلي لنمذجة وفرة الأنواع الجزيئية المختلفة في مناطق مختلفة من الفضاء. وقال فريد: "باستخدام هذه النماذج المدربة، يمكننا التنبؤ بالجزيئات غير المكتشفة التي قد تكون وفيرة للغاية، وبالتالي مرشحة قوية للكشف".

تم اكتشاف الأنواع المحتوية على الميثوكسي سابقًا في جزء من سديم مخلب القط، والذي يُسمى أيضًا NGC 63341، وفي IRAS 16293، وهو نظام ثنائي في مجمع سحابة Rho Ophiuchi، الذي يقع على بعد 457 سنة ضوئية من الأرض. على هذا النحو، كان لدى الفريق فكرة جيدة عن مكان البحث عن الجزيء الجديد.

بدأ فرايد بقياس الطيف الدوراني لعينات 2-ميثوكسي إيثانول في المختبر. سجل إجمالي 2172 إشارة طاقة محتملة للجزيء. بعد ذلك، وباستخدام مصفوفة أتاكاما المليمترية/تحت المليمترية الكبيرة (ALMA)، وهي مجموعة مكونة من 66 تلسكوبًا راديويًا في تشيلي، جمع الفريق قراءات من كل من سديم مخلب القط وسديم IRAS 16293 وقاموا بتحليل الإشارات الخاصة بتوقيع الطاقة المميز لـ 2-ميثوكسي إيثانول.

على الرغم من عدم اكتشاف أي آثار طاقة مقابلة في IRAS 16293، إلا أن الفريق حدد في النهاية 25 إشارة مطابقة من سديم مخلب القط وأكد وجود 2-ميثوكسي إيثانول في منطقة تشكل النجوم هذه.

وقال فريد: "لقد مكننا هذا من التحقيق في كيفية تأثير الظروف الفيزيائية المختلفة لهذه المصادر على الكيمياء التي يمكن أن تحدث". "لقد افترضنا عدة أسباب لهذا التمايز الكيميائي، بما في ذلك الاختلافات في شدة المجال الإشعاعي، إلى جانب اختلاف درجات حرارة الغبار في هذين المصدرين [في مراحل مختلفة] لتكوين النجوم."

ويأمل الفريق أن تفيد النتائج الدراسات المستقبلية لتحديد جزيئات أخرى لم يتم اكتشافها بعد في الفضاء. وقال فريد: "إن جدوى وكفاءة هذه المسارات يمكن أن ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالظروف الفيزيائية للمصدر بين النجوم". "من خلال التحقيق في الأنواع الأخرى التي تشارك في تكوين وتدمير الجزيئات المكتشفة، يمكننا تحديد الأنواع الأخرى التي قد تكون مرشحة للكشف."