الفلك

هل سبق أن لوحظت جزيئات محبوسة في الفضاء؟

هل سبق أن لوحظت جزيئات محبوسة في الفضاء؟

إجابة astrosnapper @ الشاملة على السؤال ما هو بخار الماء المتسرب في علم الفلك الإشعاعي بالموجات المليمترية وكيف يتم قياسه؟ روابط إلى الورقة البحثية "مراقبة الظروف لعلم الفلك دون المليمتر" والتي تناقش النوافذ الطيفية للإرسال في الغلاف الجوي في نطاق 100 ~ 1500 جيجاهرتز. هذه النوافذ "محددة" أو مقيدة بخطوط امتصاص قوية لبخار الماء الجزيئي في الغلاف الجوي.

يظهر الشكل 2 أدناه. يقرأ التعليق

الشكل 2. مستويات الطاقة لأدنى حالات دوران للمياه مع انتقالات محددة بالتردد بوحدة GHz. تحدد الخطوط عند 557 و 752 و 988 و 1113 و 1229 جيجاهرتز النوافذ الرئيسية للمقاييس الفرعية.

ويعرض أورثو- و الفقرة الماء بشكل منفصل.

كنت فضوليًا لمعرفة ماهية هذه الأشياء ، ذهبت إلى موقع Martin Chapin (هنا أيضًا) Water Structure and Science الذي يناقش فيزياء أورثو- و الفقرة الماء ، ويصف التجارب على جزيئات الماء المفردة المحاصرة والمعزولة في "أقفاص" الفوليرين C60 (الفوليرين إندوهيدرال):

سؤال: هل سبق أن لوحظت جزيئات محبوسة في الفضاء؟

يمكن أن تكون محصورة في الفوليرينات (التي أعتقد أنها لوحظت) أو غير ذلك.


تم اكتشاف الفوليرين في الفضاء ، بما في ذلك C60، ج60+ و ج70 ويبدو أنها مسؤولة عن النطاقات المنتشرة بين النجوم (DIBs) ، وهي سمات امتصاص يسببها الوسط بين النجوم. إن مسألة الفوليرين الإندوهيدرال مثيرة للاهتمام ، وقد تمت مناقشتها في مقالة بعنوان "مركبات الفوليرين بين النجوم والعصابات المنتشرة بين النجوم" بقلم أومونت (2016).

في القسم 3.1.2 ، حالة الفلزات المعدنية M @ C60 تم نقاشها:

وبالتالي ، فإن تحليل الأطياف الضوئية للفوليرينات المعدنية يعرض نفس الصعوبات مثل C60 مسخ60-. لذلك ليس من المستغرب أنه حتى الدراسات النظرية لمستويات طاقتهم وإثارةهم مفقودة أو غير مكتملة أو غامضة ، وما زلنا ننتظر أطياف المختبر. لا تزال دقة تحديدات الطول الموجي بعيدة كل البعد عن كونها مفيدة في تقييد الارتباطات المحتملة لميزات DIB المرئية مع الفوليرينات المعدنية. دائمًا ما تكون تقديرات نقاط القوة في الخط غير موجودة.

من هذا يبدو أن المزيد من العمل المخبري ضروري قبل أن نتمكن من التعرف على الفلزات المعدنية من الأطياف الفلكية.

في القسم 7 ، يصف أومونت حالة جزيئات الهيدروجين في الفوليرين (H2@ ج60) ، مع القسم 7.2 الذي يناقش احتمالات العثور على ما بين النجوم H.2@ ج60:

يبدو أن وجود إندوهيدرال H2 لن تغير الخصائص الأساسية للفوليرين بين النجوم كثيرًا ، مما يجعل من الصعب الكشف عن وجودها ، إلا بفضل ميزات طيفية محددة. ومع ذلك ، حتى لو كانت مهمة ، فإن وجود إندوهيدرال H2 يجب أن يكون من الصعب تأكيدها لأن وفرة H2@ ج60+، على سبيل المثال ، بالكاد يتوقع أن يتجاوز أو يصل إلى 10−9. وبالتالي لا توجد فرصة عمليًا للكشف عن قرب IR H2 2 ميكرومتر امتصاص. يعتبر التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية أكثر حساسية من حيث الحجم من امتصاص خطوط الأشعة تحت الحمراء الضعيفة. يمكنه الكشف عن H2 كثافة العمود أقل من -1014 سم−2 (على سبيل المثال Gillmon et al. 2006). ولكن مع ذلك ، فإن الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية لـ H.2@ ج60 يبدو بعيد المنال.

لا يكشف الفحص السريع للأوراق التي استشهد بها Omont (2016) عن أي اكتشافات للفوليرين الإندوهيدرالي ، لذلك يبدو أن الوضع لا يزال كما هو موصوف.


هل سبق أن لوحظت جزيئات محبوسة في الفضاء؟ - الفلك

يعتقد الباحثون أن اكتشافهم سيسفر عن طريقة جديدة لتتبع آثار الكويكبات والمذنبات عبر تاريخ الأرض.

الغازات ، التي تشمل الهيليوم ، مقيدة داخل ما يسمى كرات بوكي أو الفوليرين ، وهي أقفاص مجوفة من الكربون تشبه كرات كرة القدم. كانت هذه الجزيئات ، التي تأتي بأحجام مختلفة منفصلة ، موضوع دراسة مكثفة منذ اكتشافها في عام 1985.

إن أخبار كرات بوكي التي تحتوي على غازات من المعروف أنها أتت من خارج الأرض ستعزز الرأي القائل بأن جزيئات الكربون شائعة جدًا في الفضاء.

يدعم البحث أيضًا النظرية القائلة بأن غازات الغلاف الجوي والمركبات العضوية وصلت إلى سطح الأرض أثناء ضربات الكويكبات والمذنبات في وقت مبكر من تاريخ كوكبنا عندما كانت هذه التأثيرات أكثر شيوعًا.

قال تيد بانش ، العالم في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا في وادي السيليكون بكاليفورنيا: "اكتشفنا غازات نبيلة خارج كوكب الأرض محصورة داخل كرات بوكي في طبقة رسوبية بسمك بوصة واحدة من الطين والتي يتم الكشف عنها في عدة مواقع على الأرض".

عمل تيد بانش مع لوان بيكر من جامعة هاواي بهونولولو وروبرت بوريدا من جامعة روتشستر بنيويورك على البحث الذي نُشر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

يعرف العلماء أن الغازات من أصل كوني لأنها تحتوي على نسبة غير عادية من النظائر - أنواع مختلفة من نفس الذرة. الهيليوم الأرضي ، على سبيل المثال ، يتكون من كمية صغيرة من الهيليوم 3 (نواة منها تحتوي على بروتونين ونيوترون واحد) ، ومعظمها هيليوم 4 (الذي يحتوي على 2 بروتون و 2 نيوترون). يتكون الهليوم الكوني في الغالب من الهيليوم -3.

تم العثور على هذا الهليوم داخل الفوليرينات في رواسب طينية مدروسة جيدًا تحتوي على إيريديوم خارج كوكب الأرض ومعادن شديدة الصدمة ناتجة عن اصطدام كويكب قبل 65 مليون سنة. المعدن المصاب بالصدمة الشديدة هو المعدن الذي تعرض لدرجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية وضغوطًا تبلغ حوالي 400000 من الغلاف الجوي من الصدمة.

توثق طبقة الطين ، التي تظهر في الدنمارك ونيوزيلندا وأمريكا الشمالية ، فترة تغير مفاجئ في التطور البيولوجي ، بما في ذلك الانقراض الجماعي للديناصورات. يُعزى هذا بشكل عام الآن إلى تأثير كويكب على الأرض.

قال بيكر: "لدينا الآن أداة تتبع قوية جديدة للنظر في طبقات الرواسب بعناية شديدة". "إنه يفتح إمكانيات جديدة في النظر في مشكلة كيفية تطور الغلاف الجوي للكواكب وربما حتى كيف تطورت الحياة على الأرض وربما على الأقمار والكواكب الأخرى."

وقالت إنها تأمل أيضًا في العمل مع علماء الفلك لدراسة تكوين الفوليرين. "لا يزال يتعين علينا معرفة سبب وجود هذه الأشياء وما تخبرنا به عن الكربون في الكون. نحن بحاجة لمعرفة كيفية إثبات وجودهم وكيفية البحث عنه."

يعتمد البحث الأخير على دراسة سابقة وجدت الفوليرينات في نيزك أليندي البالغ من العمر 4.6 مليار عام والذي هبط في المكسيك قبل ثلاثة عقود.


اكتشف العلماء مستودعًا مليئًا بالجزيئات المعقدة التي لم يسبق لها مثيل في الفضاء

في سلسلة من تسع ورقات بحثية ، وصف علماء من GOTHAM - Green Bank Telescope Observations of TMC-1: Hunting Aromatic Molecules - اكتشاف أكثر من عشرة هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات في سحابة Taurus Molecular Cloud ، أو TMC-1. تسمح هذه الجزيئات المعقدة ، التي لم يتم اكتشافها من قبل في الوسط البينجمي ، للعلماء بفهم تكوين النجوم والكواكب والأجسام الأخرى في الفضاء بشكل أفضل. في تصور هذا الفنان ، تتضمن بعض الجزيئات المكتشفة ، من اليسار إلى اليمين: 1-سيانونافثالين ، 1-سيانو-سيكلوبنتادين ، HC11N ، 2-سيانونافثالين ، فينيل سيانو أسيتيلين ، 2-سيانو-سيكلوبنتادين ، بنزونيتريل ، عبر- (E)-سيانوفينيل أسيتيلين ، HC4NC ، و propargylcyanide ، من بين أمور أخرى.
الائتمان: M. Weiss / مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان

تكشف الملاحظات الراديوية عن سحابة كثيفة باردة من الغاز الجزيئي عن أكثر من عشرة جزيئات غير متوقعة.

اكتشف العلماء مخزونًا كبيرًا غير معروف سابقًا من مادة عطرية جديدة في سحابة جزيئية باردة ومظلمة عن طريق اكتشاف جزيئات الهيدروكربون العطرية متعددة الحلقات في الوسط النجمي لأول مرة ، وبذلك بدأوا في الإجابة على سؤال عمره ثلاثة عقود اللغز العلمي: كيف وأين تتشكل هذه الجزيئات في الفضاء؟

& # 8220 كنا نظن دائمًا أن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات تشكلت بشكل أساسي في أجواء النجوم المحتضرة ، & # 8221 قال بريت ماكجواير ، أستاذ الكيمياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والمحقق الرئيسي لمشروع جوثام ، أو تلسكوب جرين بانك (Green Bank Telescope) ( GBT) ملاحظات TMC-1: صيد الجزيئات العطرية. & # 8220 في هذه الدراسة ، وجدناها في السحب الباردة المظلمة حيث لم تبدأ النجوم حتى الآن في التكوين. & # 8221

إن الجزيئات العطرية و PAHs & # 8211 القصيرة للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات & # 8211 معروفة جيدًا للعلماء. توجد الجزيئات العطرية في التركيب الكيميائي للإنسان والحيوانات الأخرى ، وتوجد في الأغذية والأدوية. كما أن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات هي ملوثات تتشكل من احتراق العديد من أنواع الوقود الأحفوري وهي من بين المواد المسببة للسرطان التي تتشكل عند تفحم الخضروات واللحوم في درجات حرارة عالية. & # 8220 يعتقد أن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات تحتوي على ما يصل إلى 25 في المائة من الكربون في الكون ، & # 8221 قال ماكجواير ، وهو أيضًا باحث مشارك في مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وأمبير سميثسونيان (CfA). & # 8220 الآن ، ولأول مرة ، لدينا نافذة مباشرة على الكيمياء الخاصة بهم تتيح لنا الدراسة بالتفصيل كيف يتفاعل هذا الخزان الضخم من الكربون ويتطور من خلال عملية تكوين النجوم والكواكب. & # 8221

اشتبه العلماء في وجود الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في الفضاء منذ الثمانينيات ، لكن البحث الجديد ، المفصل في تسعة أوراق بحثية نُشرت على مدار الأشهر السبعة الماضية ، يقدم أول دليل قاطع على وجودها في السحب الجزيئية. للبحث عن الجزيئات المراوغة ، ركز الفريق 100 متر علم الفلك الراديوي العملاق GBT على سحابة Taurus Molecular Cloud ، أو TMC-1 & # 8211a سحابة كبيرة من الغبار والغاز قبل النجوم تقع على بعد 450 سنة ضوئية تقريبًا من الأرض والتي ستنهار يومًا ما في حد ذاته لتشكيل النجوم & # 8211 وما وجدوه كان مذهلاً: لم تكن النماذج العلمية المقبولة غير صحيحة فحسب ، بل كان هناك الكثير مما كان يحدث في TMC-1 مما كان يتخيله الفريق.

& # 8220 من عقود من النمذجة السابقة ، اعتقدنا أن لدينا فهمًا جيدًا إلى حد ما لكيمياء السحب الجزيئية ، & # 8221 قال مايكل مكارثي ، عالم الكيمياء الفلكية ونائب مدير CfA بالإنابة ، الذي قامت مجموعته البحثية بإجراء القياسات المختبرية الدقيقة التي مكنت سيتم إنشاء العديد من هذه الاكتشافات الفلكية بثقة. & # 8220 ما تُظهره هذه الملاحظات الفلكية الجديدة هو أن هذه الجزيئات ليست موجودة فقط في السحب الجزيئية ، ولكن بكميات أكبر مما تتنبأ به النماذج القياسية. & # 8221

أضاف ماكجواير أن الدراسات السابقة كشفت فقط عن وجود جزيئات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات هناك ، ولكن ليس الجزيئات المحددة. & # 8220 على مدار الثلاثين عامًا الماضية أو نحو ذلك ، كان العلماء يراقبون التوقيع الأكبر لهذه الجزيئات في مجرتنا والمجرات الأخرى في الأشعة تحت الحمراء ، لكننا لم نتمكن من رؤية الجزيئات الفردية التي تكونت تلك الكتلة. مع إضافة علم الفلك الراديوي ، بدلاً من رؤية هذه الكتلة الكبيرة التي يمكننا تمييزها & # 8217t ، نرى جزيئات فردية. & # 8221

ولدهشتهم كثيرًا ، لم يكتشف الفريق & # 8217t جزيءًا جديدًا واحدًا فقط مختبئًا في TMC-1. لاحظ الفريق بالتفصيل في أوراق متعددة ، 1-cyanonaphthalene ، و 1-cyano-cyclopentadiene ، و HC11N ، و 2-cyanonaphthalene ، و vinylcanoacetylene ، و 2-cyano-cyclopentadiene ، و benzonitrile ، و trans- (E) -cyanovinylacetylene ، و HC4NC ، و propargylcyanide. & # 8220It & # 8217s مثل الذهاب إلى متجر البوتيك وتصفح المخزون في الواجهة الأمامية دون معرفة وجود غرفة خلفية. لقد قمنا بجمع جزيئات صغيرة لمدة 50 عامًا أو نحو ذلك ، والآن اكتشفنا هناك & # 8217s بابًا خلفيًا. عندما فتحنا ذلك الباب ونظرنا إليه ، وجدنا هذا المستودع العملاق للجزيئات والكيمياء الذي لم نتوقعه ، & # 8221 قال ماكجواير. & # 8220 كان هناك ، طوال الوقت ، كامنًا وراء ما كنا ننظر إليه من قبل. & # 8221

قام McGuire وعلماء آخرون في مشروع GOTHAM & # 8220hunting & # 8221 للجزيئات في TMC-1 لأكثر من عامين ، بعد الكشف الأولي لـ McGuire & # 8217s عن benzonitrile في عام 2018. قد يكون لنتائج المشروع وأحدث ملاحظات # 8217 تداعيات في الفيزياء الفلكية لسنوات قادمة. & # 8220 لقد عثرنا على مجموعة جديدة كاملة من الجزيئات على عكس أي شيء تمكنا من اكتشافه سابقًا ، وسيؤدي ذلك إلى تغيير فهمنا تمامًا لكيفية تفاعل هذه الجزيئات مع بعضها البعض. قال ماكجواير رقم 8221 إن له تداعيات في اتجاه مجرى النهر ، مضيفًا أن هذه الجزيئات في النهاية تنمو بشكل كبير بما يكفي بحيث تبدأ في التجمع في بذور الغبار بين النجوم. & # 8220 عندما تصبح هذه الجزيئات كبيرة بما يكفي لتكون بذور الغبار بين النجوم ، فمن المحتمل أن تؤثر على تكوين الكويكبات والمذنبات والكواكب ، والأسطح التي تتشكل عليها الجليد ، وربما بدورها حتى المواقع التي تتشكل فيها تتكون الكواكب داخل أنظمة النجوم. & # 8221

إن اكتشاف جزيئات جديدة في TMC-1 له أيضًا آثار على الكيمياء الفلكية ، وبينما لا يملك الفريق & # 8217t حتى الآن جميع الإجابات ، فإن التداعيات هنا أيضًا ستستمر لعقود. & # 8220 نحن & # 8217 انتقلنا من كيمياء الكربون أحادية البعد ، والتي يسهل اكتشافها ، إلى الكيمياء العضوية الحقيقية في الفضاء ، بمعنى أن الجزيئات المكتشفة حديثًا هي تلك التي يعرفها الكيميائي ويتعرف عليها ، ويمكن أن ينتجها على الأرض ، & # 8221 قال مكارثي. & # 8220 وهذا مجرد غيض من فيض. سواء تم تصنيع هذه الجزيئات العضوية هناك أو نقلها هناك ، فهي موجودة ، وهذه المعرفة وحدها هي تقدم أساسي في هذا المجال. & # 8221

قبل إطلاق GOTHAM في عام 2018 ، قام العلماء بفهرسة ما يقرب من 200 جزيء فردي في درب التبانة & # 8217s الوسط بين النجوم. دفعت هذه الاكتشافات الجديدة الفريق إلى التساؤل ، وهو محق في ذلك ، ما هو & # 8217s هناك. & # 8220 الشيء المدهش في هذه الملاحظات ، حول هذا الاكتشاف ، وحول هذه الجزيئات ، هو أنه لم ينظر أحد ، أو بدا بجدية كافية ، & # 8221 قال مكارثي. & # 8220 يجعلك تتساءل عن الأشياء الأخرى التي لم نبحث عنها للتو & # 8217t. & # 8221

هذه الكيمياء العطرية الجديدة التي اكتشفها العلماء ليست معزولة عن TMC-1. مسح مصاحب لـ GOTHAM ، المعروف باسم ARKHAM & # 8211A مسح K / Ka-Band الصارم للبحث عن الجزيئات العطرية & # 8211 وجد مؤخرًا البنزونيتريل في كائنات إضافية متعددة. & # 8220 بشكل لا يصدق ، وجدنا benzonitrile في كل واحد من الكائنات الأربعة الأولى التي لاحظها ARKHAM ، & # 8221 قال أندرو بوركهارت ، زميل ما بعد الدكتوراة في مصفوفة المقاييس الفرعية في CfA ومحقق رئيسي مشارك لـ GOTHAM. & # 8220 هذا مهم لأنه بينما يدفع جوثام حدود ما نعتقد أنه من الكيمياء في الفضاء ، فإن هذه الاكتشافات تشير إلى أن الأشياء التي نتعلمها في TMC-1 حول الجزيئات العطرية يمكن تطبيقها على نطاق واسع على السحب المظلمة في أي مكان. هذه الغيوم المظلمة هي الموطن الأولي للنجوم والكواكب. لذا ، فإن هذه الجزيئات العطرية غير المرئية سابقًا ستحتاج أيضًا إلى التفكير فيها في كل خطوة لاحقة على طول الطريق إلى إنشاء النجوم والكواكب والأنظمة الشمسية مثل مجموعتنا. & # 8221

بالإضافة إلى McGuire و McCarthy و Burkhardt ، ساهم الباحثون التاليون في البحث وقادوا هذا المشروع: Kin Long Kelvin Lee من MIT Ryan Loomis و Anthony Remijan و Emmanuel Momjian من المرصد الوطني للفلك الراديوي كريستوفر إن. تشارنلي ستيفن ب. ومارتن أ. كوردينر من وكالة ناسا جودارد إريك هيربست ، وإريك ر. ويليس ، وسي شيوي ، ومارك سيبرت من جامعة فيرجينيا ، وسيرجي كالينسكي من معهد ليبيديف الفيزيائي. تلقى المشروع أيضًا دعمًا بحثيًا من جامعة شتوتغارت ومعهد ماكس بلانك والجامعة الكاثوليكية الأمريكية.

عن مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وأمبير سميثسونيان

مركز الفيزياء الفلكية | Harvard & amp Smithsonian عبارة عن تعاون بين Harvard و Smithsonian مصمم لطرح & # 8211 والإجابة في النهاية على & # 8211humanity & # 8217s أكبر الأسئلة التي لم يتم حلها حول طبيعة الكون. يقع المقر الرئيسي لمركز الفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، مع مرافق بحثية في جميع أنحاء الولايات المتحدة وحول العالم.

حول معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

يعد قسم الكيمياء بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مجتمعًا شاملاً وداعمًا ومبتكرًا يتمثل هدفه المشترك في إنشاء معرفة كيميائية جديدة وتوجيه الجيل القادم من أفضل وألمع الطلاب الذين سيحددون الحدود التالية للعلوم الكيميائية.

حول المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي

المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي هو مرفق تابع لمؤسسة العلوم الوطنية ، يعمل بموجب اتفاقية تعاونية من قبل Associated Universities، Inc. التي تأسست في عام 1956 ، توفر NRAO أحدث مرافق التلسكوب الراديوي لاستخدامها من قبل المجتمع العلمي الدولي. تلسكوبات NRAO مفتوحة لجميع علماء الفلك بغض النظر عن الانتماء المؤسسي أو الوطني. يتوفر وقت المراقبة على تلسكوبات NRAO على أساس تنافسي للعلماء المؤهلين بعد تقييم مقترحات البحث على أساس الجدارة العلمية ، وقدرة الأدوات على القيام بالعمل ، وتوافر التلسكوب خلال الوقت المطلوب. توفر NRAO أيضًا برامج رسمية وغير رسمية في التعليم والتوعية العامة للمعلمين والطلاب وعامة الجمهور ووسائل الإعلام.

حول مرصد جرين بانك

يعد مرصد جرين بانك موطنًا لواحد من أكبر التلسكوبات الراديوية القابلة للتوجيه بالكامل في العالم ، والمؤسسة الوطنية للعلوم وتلسكوب جرين بانك # 8217s (GBT). يعد المرصد موطنًا للعديد من الأدوات والمصفوفات الإضافية وهو محمي بواسطة منطقتين تكميليتين لحماية التداخل الراديوي ، منطقة الراديو الوطنية الهادئة ومنطقة علم الفلك الراديوي في فرجينيا الغربية.

& # 8220 الكشف عن HC4NC بين النجوم والتحقيق في كيمياء Isocyanopolyyne بموجب شروط TMC-1. & # 8221 C. Xue وآخرون ، 2020 1 سبتمبر ، The رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https: / / iopscience. iop. org / article / 10. 3847 / 2041-8213 / aba631] ما قبل الطباعة بتنسيق PDF: https: / / arxiv. org / pdf / 2008. 12345

& # 8220 العلوم المبكرة من جوثام: نظرة عامة على المشروع ، والطرق ، واكتشاف السيانيد بين النجوم (HCCCH2CN) في TMC-1. & # 8221 B. McGuire et al ، 2020 1 سبتمبر ، رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https: / / iopscience. iop. org / article / 10. 3847 / 2041-8213 / aba632] ما قبل الطباعة بتنسيق PDF: https: / / arxiv. org / pdf / 2008. 12349

& # 8220 تحقيق في تقنيات تكديس الخطوط الطيفية وتطبيقها على اكتشاف HC11N. & # 8221 R. Loomis et al ، 2021 11 يناير ، علم الفلك الطبيعي [https: / / www. طبيعة. com / articles / s41550-020-01261-4] pdf قبل الطباعة: https: / / arxiv. org / pdf / 2009. 11900

& # 8220 كيمياء الكربون العطرية في كل مكان في المراحل الأولى من تكوين النجوم. & # 8221 ص. بوركهارت وآخرون ، 11 يناير 2021 ، علم الفلك الطبيعي [https: / / www. طبيعة. com / articles / s41550-020-01253-4] PDF قبل الطباعة: https: / / arxiv. org / pdf / 2009. 13548

& # 8220 الكشف بين النجوم للحلقة ذات الحلقات الخماسية عالية القطبية. & # 8221 M. مكارثي وآخرون ، 2021 فبراير ، علم الفلك الطبيعي [https: / / www. طبيعة. com / articles / s41550-020-01213-y] PDF قبل الطباعة: https: / / arxiv. org / pdf / 2009. 13546

& # 8220 اكتشاف Interstellar Trans-cyanovinylacetylene (HCCCH = CCHCN) و Vinylcyanoacetylene (H2C = CHC3N) في ملاحظات جوثام لـ TMC-1. & # 8221 K. Lee et al ، 2021 فبراير 11 ، رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https: / / iopscience. iop. org / article / 10. 3847 / 2041-8213 / abdbb9 / meta] ما قبل الطباعة بتنسيق PDF: https: / / arxiv. org / pdf / 2101. 05858

& # 8220 الكشف بين النجوم لـ 2-cyanocyclopentadiene ، C5H5N ، حلقة ثانية من خمس أعضاء باتجاه TMC-1 ، & # 8221 K. Lee et al. 2021 ، مقبولة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، ما قبل طباعة PDF: https: / / arxiv. غزاله / عبس / 2102. 09595

& # 8220 الكشف عن اثنين من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات بين النجوم عبر الترشيح المطابق الطيفي & # 8221 McGuire et al ، 2021 19 مارس ، علم [https: / / science. علم. org / cgi / doi / 10. 1126 / science. abb7535]

& # 8220Aromatics and Cyclic Molecules in Molecular Clouds: A New Dimension of Interstellar Organic Chemistry، & # 8221 McCarthy & amp McGuire 2021، مجلة الكيمياء الفيزيائية أ [https: / / dx. دوى. org / 10. 1021 / acs. jpca. 1c00129]


تحديد أول جزيء مشع في الفضاء

يكشف التعرف الأول للجزيء المشع ، 26AlF ، عن أحشاء نجم تمزق منذ قرون في اصطدام نجمي. يحدد الاكتشاف اتجاهًا نحو تحديد المصانع الأكثر صلة في المجرة بنظير 26Al.

يشارك

انسخ الرابط

الورقة البحثية في Nature Astronomy موجودة هنا: go.nature.com/2OrVQze

كانت واحدة من نوباتي الليلية الطويلة على تلسكوب APEX في صحراء أتاكاما حيث عملت كمراقب أثناء الخدمة مفوضًا من MPI لعلم الفلك الراديوي في بون ، حيث كنت أعمل في ذلك الوقت. لقد لاحظت جزيئات مُثْلَوَة لأحد زملائي في منطقة أخرى لتشكيل النجوم ، لكن في مرحلة ما كان الهدف الأساسي يصعد إلى ارتفاع مرتفع جدًا ، حيث يكون توجيه التلسكوب غير دقيق ، وكان يجب أن تتوقف الملاحظات لمدة 30 دقيقة أو نحو ذلك. قررت استخدام هذا الوقت الميت لمراقبة أحد الكائنات الموجودة في "قائمة الغرباء": مجموعتي من إحداثيات النجوم الفريدة وغير المفهومة جيدًا والتي من المحتمل اكتشافها في أطوال موجات دون المليمترات على أمل أن يسمح لنا طيف المليمترات بفهم طبيعتها. عادة ، لا أحصل على شيء مثير من مراقبة هؤلاء الغرباء ، لذلك لم أكن أتوقع الكثير عندما دخلت أمر "الملاحظة" لـ CK Vul ، وهو كائن يشبه المستعرات شوهد في انفجار 1670-1672 في أوروبا. بعد بضع دقائق ، بوم! ارتفعت مستويات الأدرينالين لدي عندما أظهرت الشاشة خطًا عريضًا قويًا عند تواتر انتقال ثاني أكسيد الكربون بعد حساب متوسط ​​عدد عمليات المسح الأولى. نادرًا ما نرى خطوطًا بهذا الاتساع (

400 كم / ث) لمصدر مجرة. للتخلص من احتمال وجود مشكلة في جهاز الاستقبال ، كررت الملاحظات على الفور مع إعداد أداة مختلف قليلاً وأكدت أن خط ثاني أكسيد الكربون كان حقيقيًا حتى أنني بدأت في رؤية ميزات أضعف أخرى تنشأ في الضوضاء أثناء ارتفاع عداد المسح. لقد انتهت دقيقي الثلاثين واضطررت إلى العودة إلى مراقبة منطقة تشكل النجوم. ومع ذلك ، عرفت على الفور أن CK Vul كانت مصدرًا غير عادي ووصفت الأخبار بشغف لكارل مينتين ، الذي كان حينها مديري وكذلك الباحث الرئيسي في APEX. بطريقة ما ، قدمت طلبي باستخدام مادة DDT لملاحظة المزيد من CK Vul بشكل مباشر جدًا - أثناء النظر إلى المخرج نفسه وهو يرتدي بيجاما. لحسن الحظ ، Karl صديق غريب الأطوار ، وكنا نعود إلى CK Vul لجمع الأطياف كل ليلة تقريبًا للأسبوع التالي أو نحو ذلك ، واكتشاف التحولات الجزيئية في جميع أنحاء نطاق المليمترات. من المؤكد أن تلك الليلة الباردة في أتاكاما هي أبرز ما في مسيرتي في علم الفلك. لطالما كنت أحسد المراقبين (بما في ذلك كارل) من أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات من القرن الماضي على أنهم يستطيعون اكتشاف كل تلك المصادر الجديدة التي كانت آنذاك تحت المليمتر. كنت مقتنعًا أيضًا أن جميع مصادر المليمترات المثيرة للاهتمام قد تم تحديدها منذ فترة طويلة وتم بالفعل دراستها جيدًا. لم أكن أسعد أبداً أن أكون مخطئاً!

أظهرت حملات المراقبة اللاحقة في تلسكوبات APEX و IRAM 30 مترًا أن CK Vul هو مصدر غني بالملليمتر وما دون المليمتر مع خطوط طيفية من العديد من الأنواع الجزيئية. كشفت بياناتنا عن تركيبة كيميائية غير عادية: أشار جرد الجزيئات إلى علامات على كل من الكربون والكيمياء التي يحركها الأكسجين في نفس الوقت ، ظهر المصدر محسنًا للغاية في النظائر النادرة في المادة الكونية العادية ، وأبرزها في 13 درجة مئوية ، 15 N و 18 O. في ورقتين (في Nature و A & ampA) ، درسنا هذا التكوين بالتفصيل وأظهرنا أنه يمكن تفسير النسب النظيرية الفريدة ، إذا كانت المادة المرصودة تشارك ذات مرة في الاحتراق النووي داخل النجم ولكن تم ذلك لاحقًا تبعثرت بعنف في ظرف نجمي في تصادم نجمي أدى إلى اندماج. السبب الحقيقي وراء إدراج CK Vul في قائمة "المراقبة" هو أن الخصائص المرصودة ، كما هو موصوف في السجلات التاريخية ، كانت مشابهة لتلك الخاصة بـ "المستعرات الحمراء" ، وهي مجموعة من العابرين الضوئية المعاصرة يعتقد أنها تنفجر في اندماج نجمي. ربما تكون أشهر حالة للمستعر الأحمر هي V1309 Sco التي اندلعت في عام 2008. ولسنوات قبل اندلاع البركان ، لاحظت OGLE أنها تلامس تتفوق على ثنائي كانت فترته تتناقص بشكل واضح: لقد رأينا مباشرة انحلالًا مداريًا ، أو تصاعدًا- في ، من ثنائي يؤدي إلى اندماج.

ومع ذلك ، في حالة CK Vul ، كيف تُظهر بشكل مقنع أن ثنائيًا قد اندمج ، بعد مئات السنين من حدوثه؟ يبدو أن التركيب النظيري يوفر دعمًا قويًا لهذه الفرضية ، ولكن في حالة عناصر CNO ، فإن مجموعة متنوعة من سيناريوهات التخليق النووي التي يمكن للمرء اعتبارها ساحقة ، كما أن الدليل على الاصطدام القديم الذي جمعناه حتى الآن ، على الرغم من قوته ، لم يكن واضحًا. جاء الدعم الإضافي المطلوب لسيناريو الاندماج على حين غرة مع ملاحظة مصادفة لنظير أكثر ندرة وغير مستقر ("إشعاعي") 26 Al ، والذي وصفناه في بحثنا الأخير في Nature Astronomy.

قبل سنوات من اكتشاف المليمترات الصغيرة لـ CK Vul ، بحثنا أنا وكارل عن جزيئات تحتوي على 26 Al في العديد من النجوم المتطورة ولكننا لم نعثر على أي آثار لهذه الأنواع المشعة في أكثر المرشحين وضوحًا. لم يكن البحث ممكنًا إلا من خلال مواضع الخط المحسوبة التي قدمها لنا أليكس براير وتوماس جيسين ، المتخصصان في التحليل الطيفي في المختبر من ذوي الاهتمامات الفلكية ، وهما مؤلفان مشاركان في بحث Nature Astronomy. عندما كنت أحاول تحديد جميع الخطوط الطيفية في الطيف الغني لـ CK Vul ، وجدت بسهولة خطوطًا من فلوريد الألومنيوم (AlF) ، وهو ليس جزيءًا شائعًا حتى في أفضل النجوم المتطورة التي تمت دراستها. مع الانبعاث القوي من الأنواع الحاملة ، اعتقدت ، كانت هناك فرصة قتالية للتحقق من وجود 26 Al isotopologue. باستخدام مواضع الخط من Alex and Thomas ، تمكنت من تحديد سطرين على أنهما ينتميان إلى 26 AlF. في السنوات التالية ، قمنا بتأمين ملاحظات قياس التداخل في ALMA و NOEMA والتي أكدت تلك التعريفات الأولى وفي النهاية تمت ملاحظة أربعة انتقالات ، مما لا يترك أي شك حول وجود هذا الجزيء المشع في CK Vul. تضمنت العملية خمسة طلبات مختلفة على الأقل للـ دي.دي.تي ، لكني لست متأكدًا من عدد الطلبات التي تمت قراءتها في ملابس النوم.

لم يكن وجود 26 Al مع متوسط ​​وقت الحياة 1.04 Myr متوقعًا في بقايا الاندماج النجمي. مع Romuald Tylenda و Amanda Karakas ، حاولنا تحديد سيناريو يتم فيه إنتاج 26 Al في الوفرة المرصودة. يُعتقد أن هذا النظير ينتج في النجوم الضخمة والمستعرات الكلاسيكية ، لكن وفرة نظائر CNO وخصائص الرصد الشاملة لـ CK Vul لا تتطابق بالتأكيد مع هذه الفئات من الكائنات. ومع ذلك ، نعلم من الدراسات السابقة أن عمليات اندماج الثنائيات من المرجح أن تحدث في الأنظمة التي تتضمن فرعًا عملاقًا أحمر (RGB) نجمًا قد يؤدي تطوره بعيدًا عن التسلسل الرئيسي إلى التحلل المداري. احتوى نظام V1309 Sco على نجمين من هذا القبيل قبل اندماجهما في عام 2008. أدى فحص نماذج بنية نجوم RGB إلى استنتاج روموالد أن تلك الشركات العملاقة تنتج أكثر من 26 Al. ومع ذلك ، في نجم واحد غير مضطرب ، يتم احتجاز تخزين الألمنيوم المشع هذا بالقرب من اللب النجمي حيث لا يمكن لآلية الخلط الوصول إليه ولا توجد فرصة لجرفه إلى السطح. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي الاصطدام العنيف بنجم آخر إلى تشتيت جزء صغير من طبقة 26 Al في الوسط المحيط بالنجم. لا بد أن هذا حدث في CK Vul في عام 1670 ، حتى نتمكن اليوم من رؤية الأحشاء المشعة لنجم كان له جار عنيف. لا تدعم ملاحظة 26 AlF في CK Vul فرضية الاندماج فحسب ، بل تشير أيضًا إلى أن الثنائي المدمج يحتوي على كتلة عملاقة شمسية. علاوة على ذلك ، فإن ملاحظة 26 Al في بقايا الاندماج قد يكون لها عواقب على فهمنا لإنتاج المجرة لهذه النيوكليدة ، كما نؤكد في ورقة Nature Astronomy. نحن نخطط للبحث عن منتجين نشطين آخرين لـ 26 Al بين النجوم الأكثر ضخامة.

ما هي "الجزيئات المشعة" الأخرى التي يمكن أن نتوقع مراقبتها في المستقبل القريب عند أطوال موجية دون المليمترات؟ ماذا عن 14 CO؟ ابقوا متابعين.

(بفضل Karl Menten و Elaine Watson لتحرير إصدار سابق من هذا المنشور. رصيد صورة ALMA: ESO / Y. بيلتسكي)


اكتشاف أول جزيئات غاز نبيل في الفضاء

باللون الأزرق ، الضوء المرئي من Crab Nebulam الذي شاهده تلسكوب هابل الفضائي. يأتي هذا من انبعاثات الغازات في السديم ، والتي يتم تنشيطها بواسطة النجم النيوتروني في المركز. باللون الأحمر ، ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة الذي يراه مرصد هيرشل الفضائي. يأتي هذا بشكل أساسي من الغبار والغاز البارد. الائتمان: ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية وأليسون لول وجيف هيستر (جامعة أريزونا)

تم اكتشاف جزيئات الغازات النبيلة في الفضاء لأول مرة في سديم السرطان ، بقايا مستعر أعظم ، بواسطة علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا.

بقيادة البروفيسور مايك بارلو (قسم الفيزياء والفلك بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس) ، استخدم الفريق مرصد هيرشل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لمراقبة سديم السرطان في ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة.

قادتهم قياساتهم لمناطق الغاز البارد والغبار إلى اكتشاف مصادفة للبصمة الكيميائية لأيونات هيدريد الأرجون ، التي نُشرت اليوم في المجلة. علم.

تدعم النتائج نظريات العلماء حول كيفية تشكل الأرجون في الطبيعة.

يعد مرصد هيرشل الفضائي ، وهو تلسكوب فضائي تابع لوكالة الفضاء الأوروبية أكمل مهمته مؤخرًا ، أكبر تلسكوب فضائي تم إطلاقه على الإطلاق.

صُممت أدوات هيرشل للكشف عن الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والتي لها أطوال موجية أطول بكثير مما نراه بأعيننا.

"كنا نجري مسحًا للغبار في العديد من بقايا المستعر الأعظم اللامع باستخدام هيرشل ، أحدها كان سديم السرطان. كان اكتشاف أيونات هيدريد الأرجون هنا غير متوقع لأنك لا تتوقع أن تشكل ذرة مثل الأرجون ، غاز نبيل ، جزيئات وقال بارلو "لا تتوقع أن تجدهم في البيئة القاسية لبقايا مستعر أعظم".

على الرغم من أن الأجسام الساخنة مثل النجوم تتوهج بشكل ساطع في الضوء المرئي ، فإن الأجسام الباردة مثل الغبار في السدم تشع بشكل أساسي في الأشعة تحت الحمراء ، وهي أطوال موجية يحجبها الغلاف الجوي للأرض.

تم اكتشاف جزيئات الغازات النبيلة في الفضاء لأول مرة في سديم السرطان ، بقايا مستعر أعظم ، بواسطة علماء الفلك في جامعة كاليفورنيا بقيادة البروفيسور مايك بارلو (قسم الفيزياء والفلك في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس) ، استخدم الفريق مرصد هيرشل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لمراقبة سديم السرطان. في ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة. قادتهم قياساتهم لمناطق الغاز البارد والغبار إلى اكتشاف مصادفة للبصمة الكيميائية لأيونات هيدريد الأرجون ، التي نُشرت اليوم في مجلة Science. تدعم النتائج نظريات العلماء حول كيفية تشكل الأرجون في الطبيعة. يعد مرصد هيرشل الفضائي ، وهو تلسكوب فضائي تابع لوكالة الفضاء الأوروبية أكمل مهمته مؤخرًا ، أكبر تلسكوب فضائي تم إطلاقه على الإطلاق. صُممت أدوات هيرشل للكشف عن الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والتي لها أطوال موجية أطول بكثير مما نراه بأعيننا. "كنا نجري مسحًا للغبار في العديد من بقايا المستعر الأعظم اللامع باستخدام هيرشل ، أحدها كان سديم السرطان. كان اكتشاف أيونات هيدريد الأرجون هنا غير متوقع لأنك لا تتوقع أن تشكل ذرة مثل الأرجون ، غاز نبيل ، جزيئات وقال بارلو "لن تتوقع أن تجدهم في البيئة القاسية لبقايا مستعر أعظم". الائتمان: UCL

Although nebulae can be seen in visible light, this light comes from hot excited gases within them the cold and dusty component is invisible at optical wavelengths.

In addition to mapping the dust by making far-infrared images of the nebula, the team used Herschel's SPIRE instrument to make spectroscopic observations. In these, the infrared light is split up and dispersed according to its wavelength, much like a prism breaks white light down into its respective colours. When they looked at the data, the team saw some very unusual features which took some time to fully understand.

"Looking at infrared spectra is useful as it gives us the signatures of molecules, in particular their rotational signatures," Barlow said. "Where you have, for instance, two atoms joined together, they rotate around their shared centre of mass. The speed at which they can spin comes out at very specific, quantised, frequencies, which we can detect in the form of infrared light with our telescope."

Elements can exist in several different versions, or isotopes, which have different numbers of neutrons in their atomic nuclei. The properties of isotopes are very similar to one another in most respects, but they do differ slightly in mass. Because of this mass difference, the speed of rotation depends on which isotopes are present in a molecule.

The light coming from certain regions of the Crab Nebula showed extremely strong and unexplained peaks in intensity around 618 Gigahertz and 1235 GHz. Consulting databases of known properties of different molecules, the scientists found that the only possible explanation was that the emission was coming from spinning molecular ions of argon hydride. Moreover, the only isotope of argon whose hydride could rotate at that rate was argon-36.

In this case, energy from the neutron star at the heart of the nebula appears to have ionised the argon, which then joined with molecules of hydrogen to form the molecular ion ArH+.

Professor Bruce Swinyard (UCL Department of Physics & Astronomy and Rutherford Appleton Laboratory), a member of the team, added: "Our discovery was unexpected in another way – because normally when you find a new molecule in space, its signature is weak and you have to work hard to find it. In this case it just jumped out of our spectra."

The discovery of argon-36 in the Crab Nebula, as well as being the first detection of its kind, helps support scientists' theories of how argon forms in nature. Calculations of what elements are churned out by a supernova predict a lot of argon-36 and no argon-40 – exactly what the team observed in the Crab Nebula. On Earth, however, argon-40 is the dominant isotope as it is released by the radioactive decay of potassium in rocks.

This first discovery of an argon molecule in space continues a long tradition of noble gas research at UCL. Argon, along with the other noble gases, was discovered at UCL by William Ramsay at the end of the 19th century.


Radio Astronomers Detect Organic Molecule Benzonitrile in Interstellar Medium

Astronomers studying a well-known nearby cloud of interstellar gas with radio telescopes have detected the presence of benzonitrile (c-C6ح5CN), an intriguing organic molecule that helps to chemically link simple carbon-based molecules and truly massive ones known as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The finding marks the first time a specific aromatic molecule has been identified in space using radio spectroscopy.

The aromatic molecule benzonitrile was detected by NSF’s Green Bank Telescope in the Taurus Molecular Cloud 1. Image credit: B. McGuire & B. Saxton / NRAO / AUI / NSF.

Organic molecules containing a hexagonal ring of carbon atoms, known as aromatic molecules, are abundant throughout the Universe.

Astronomers know this because these molecules emit a characteristic set of emission features in the infrared, which are observed in many space environments.

However, identifying precisely which aromatic molecules are present is very difficult, and usually requires radio spectroscopy.

Improved methods for detecting weak radio emission are helping astronomers gain a better glimpse into the cosmos.

A research team led by chemist Dr. Brett McGuire of the National Radio Astronomy Observatory took advantage of such a method — a so-called spectral-stacking procedure — to find signatures of benzonitrile while combing through a radio survey of a star-forming nebula known as the Taurus Molecular Cloud 1 (TCM-1), which is approximately 430 light-years from Earth.

“These new radio observations have given us more insights than infrared observations can provide,” Dr. McGuire said.

“Though we haven’t yet observed PAHs directly, we understand their chemistry quite well.”

“We can now follow the chemical breadcrumbs from simple molecules like benzonitrile to these larger PAHs.”

To confirm their identification, the researchers conducted thorough lab experiments to accurately measure the different rotational transitions of the molecule.

By comparing their experimental data to targeted observations of TMC-1 using another radio telescope, they were able to observe nine different rotational transitions of benzonitrile, solidifying the detection.

“Though benzonitrile is one of the simplest so-called aromatic molecules, it is in fact the largest molecule ever seen by radio astronomy,” the scientists noted.

“It also is the first six-atom aromatic ring molecule ever detected with a radio telescope (NSF’s Green Bank Telescope).”

“The evidence that the Green Bank Telescope allowed us to amass for this detection is incredible,” Dr. McGuire said.

“As we look for yet larger and more interesting molecules, we will need the sensitivity of this telescope, which has unique capabilities as a cosmic molecule detector.”

The team’s results were published in the January 12 issue of the journal علم.


Molecules ‘quantum rattle’ in buckyball cage

You are free to share this article under the Attribution 4.0 International license.

U. NOTTINGHAM / U. SOUTHAMPTON (UK) — The space inside carbon “buckyballs” can imprison other smaller molecules like hydrogen or water and reveal their “quantum rattle.”

The nano-meter sized cavity of the hollow spherical C60 Buckminsterfullerene—or buckyball—effectively creates a “nanolaboratory,” allowing detailed study of the quantum mechanical principles that determine the motion of the caged molecule, including the mysterious wave-like behavior that is a fundamental property of all matter.

Experiments by the international team of researchers, including physicists from the University of Nottingham, have revealed the wave-like behavior and show how the imprisoned H2 and H2O molecules ‘quantum rattle’ in their cage.

Professor Tony Horsewill of the School of Physics and Astronomy says: “For me a lot of the motivation for carrying out this investigation came from the sheer pleasure of studying such a unique and beautiful molecule and teasing out the fascinating insights it gave into the fundamentals of quantum molecular dynamics. Intellectually, it’s been hugely enjoyable.

“However, as with any blue-skies research initiative there is always the promise of new, often unforeseen, applications. Indeed, in the case of water molecules inside buckyballs we have a guest molecule that possesses an electric dipole moment and the collaboration is already investigating its use in molecular electronics, including as an innovative component of a molecular transistor.”

The discovery of the C60 Buckminsterfullerene, and the related class of molecules the fullerenes, in the mid-1980s earned Professors Harry Kroto, Robert Curl, and the late Richard Smalley the Nobel Prize in Chemistry in 1996.

It has a cage-like spherical structure made up from 20 hexagons and 12 pentagons and resembles a soccer ball, earning it the nickname “buckyball.”

Molecular surgery

In a recent breakthrough in synthetic chemistry, Japanese scientists from Kyoto have invented a molecular surgery technique allowing them to successfully permanently seal small molecules such as H2 and H2O inside C60.

They used a set of surgical synthetic procedures on the C60 “cage” that produced an opening large enough to “push” an H2 or H2O molecule inside at high temperature and pressure. The system was then cooled down to stabilize the entrapped molecule inside and the cage was surgically repaired to reproduce a C60.

Horsewill adds: “This technique succeeds in combining perhaps the universe’s most beautiful molecule C60 with its simplest.”

The Nottingham research group has employed a technique called inelastic neutron scattering (INS) where a beam of neutrons—fundamental particles that make up the atomic nucleus—is used to investigate the “cage rattling” motion of the guest molecules within the C60.

Their investigations have given an insight into the wavelike nature of H20 and H2 molecules and their orbital and rotational motion as they move within the C60.

New types of water

Professor Malcolm Levitt, of the School of Chemistry at the University of Southampton, who has used the technique nuclear magnetic resonance (NMR) to study the quantum properties of the caged molecules, says: “By confining small molecules such as water in fullerene cages we provide the controlled environment of a laboratory but on the scale of about one nanometer.

“Under these conditions, the confined molecules reveal a wave-like nature and behave according to the laws of quantum mechanics. Apart from their intrinsic interest, we expect that the special properties of these materials will lead to a variety of applications, such as new ways to brighten the images of MRI scans, and new types of computer memory.”

The paper also separately identifies two subtly different forms of H2O—ortho-water and para-water. These so called nuclear spin-isomers also owe their separate identities to quantum mechanical principles.

Researchers from Brown University, as well as scientists in Japan, France, Estonia, and the UK contributed to the findings.


مراجع

"Detection of Interstellar HC4NC and an Investigation of Isocyanopolyyne Chemistry under TMC-1 Conditions." C. Xue et al, 2020 Sept. 1, The رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https:/ / iopscience. iop. org/ article/ 10. 3847/ 2041-8213/ aba631] pre-print PDF: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2008. 12345

"Early Science from GOTHAM: Project Overview, Methods, and the Detection of Interstellar Propargyl Cyanide (HCCCH2CN) in TMC-1." B. McGuire et al, 2020 Sept. 1, رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https:/ / iopscience. iop. org/ article/ 10. 3847/ 2041-8213/ aba632] pre-print PDF: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2008. 12349

"An investigation of spectral line stacking techniques and application to the detection of HC11N." R. Loomis et al, 2021 Jan. 11, علم الفلك الطبيعي [https:/ / www. nature. com/ articles/ s41550-020-01261-4] pre-print pdf: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2009. 11900

"Ubiquitous aromatic carbon chemistry at the earliest stages of star formation." A.M. Burkhardt et al, 2021 Jan. 11, علم الفلك الطبيعي [https:/ / www. nature. com/ articles/ s41550-020-01253-4] pre-print PDF: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2009. 13548

"Interstellar detection of the highly polar five-membered ring cyanocyclopentadiene." M. McCarthy et al, 2021 Feb., علم الفلك الطبيعي [https:/ / www. nature. com/ articles/ s41550-020-01213-y] pre-print PDF: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2009. 13546

"Discovery of Interstellar Trans-cyanovinylacetylene (HCCCH=CCHCN) and Vinylcyanoacetylene (H2C=CHC3N) in GOTHAM Observations of TMC-1." K. Lee et al, 2021 Feb. 11, رسائل مجلة الفيزياء الفلكية [https:/ / iopscience. iop. org/ article/ 10. 3847/ 2041-8213/ abdbb9/ meta] preprint PDF: https:/ / arxiv. org/ pdf/ 2101. 05858

"Interstellar detection of 2-cyanocyclopentadiene, C5H5N, a second five-membered ring toward TMC-1," K. Lee et al. 2021, accepted رسائل مجلة الفيزياء الفلكية, preprint PDF: https:/ / arxiv. org/ abs/ 2102. 09595

"Detection of two interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons via spectral matched filtering," McGuire et al, 2021 19 March, علم [https:/ / science. sciencemag. org/ cgi/ doi/ 10. 1126/ science. abb7535]

"Aromatics and Cyclic Molecules in Molecular Clouds: A New Dimension of Interstellar Organic Chemistry," McCarthy & McGuire 2021, The Journal of Physical Chemistry A [https:/ / dx. doi. org/ 10. 1021/ acs. jpca. 1c00129]

- This press release was originally published on the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics website. It has been edited for style


Introduction to Astrochemistry

Dr. Heays was trained as a molecular physicist studying the physics of small molecules theoretically and experimentally. After completing his PhD he began working with the astrochemists at Leiden Observatory trying to interpret molecular signals emanating within the Galaxy. His teaching experience extends to the supervision of undergraduate and graduate students, and laboratory tutoring experience in undergraduate physics.

Ever since molecules were found to exist in space they have been a source of surprise for astronomers and chemical physicists. They provide a unique view on physical conditions in the interstellar medium and along the lifecycle of matter in the Universe. Molecules are also a key player in the formation of stars because of their ability to radiate away heat from collapsing interstellar clouds, and control which elements continue on to form planets (and life). Using all of this basic information, the course will include a description of the chemistry and molecules in the early Universe, interstellar clouds, and during the star and planet formation process.

1 المقدمة

This lecture will cover the history, present, and future of observations of extraterrestrial molecules and what we have learned from studying them.

2. Molecular rotation as an astrophysical tracer

Here we'll cover the basic quantum mechanics of a rotating molecule, their observation with mm-wavelength radiation, and how to use this radiation to measure the density and temperature of the interstellar medium.

3. Molecular interactions and reaction networks

This topic covers the most important physical processes affecting molecule abundances in interstellar space. This chemical kinetic reactions, the ice and gas phases, and the energising influence of ultraviolet radiation and high-energy cosmic rays.

4. Molecules in interstellar clouds, and during planet and star formation

In this part of the course we'll try to combine all of the above information into understand the observed abundance of key chemical species in the interstellar medium and star- and planet-forming regions. This is where the most cutting edge astrochemical research is being done today.

All isotopes are not equal in astrochemistry. The separation of isotopes before and during star formation leaves a chemical trace today. This lecture will cover some of the ways to separate isotopes, and what can be learned from them.


Scientists Finally Discover Helium Hydride Molecules in Space

Helium hydride is thought to be the first molecule ever to have formed in the early universe, at a time colloquially called the ⟚wn of chemistry'.

A Hubble Telescope image of NGC 7027, the planetary nebula where the first helium hydride molecule in space was discovered. Credit: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) and NASA/ESA

Scientists have spotted the helium hydride molecule (HeH+) for the first time in space. This is significant because HeH+ is thought to be the first molecule ever to have formed in the early universe, at a time colloquially called the ‘dawn of chemistry’, about 100,000 years after the Big Bang.

This is the period when the universe cooled enough – to below about 4,000 K – allowing protons, electrons and neutrons to combine into light atoms, such as of hydrogen, helium and lithium.

Then, as the universe expanded and became even cooler, the HeH+ molecules reacted with hydrogen atoms to form molecular hydrogen. Molecular hydrogen is the constituent gas from which stars, galaxies and other complex structures in the universe emerged. It is also the most abundant gas in the universe.

HeH+ is a positively charged stable molecule and the strongest acid known. This implies that the early universe’s stock of HeH+ should have been emptied by now. So how did scientists find it at all?

The HeH+ they found hadn’t formed 13.8 billion years ago it was found in a planetary nebula called NGC 7027, which is only 600 or so years old. It is 3,000 lightyears away from Earth, towards the Cygnus constellation in the night sky.

Planetary nebulae are glowing, expanding shells of ionised gases, blasted off by Sun-like stars in the end stages of their live. They represent the closest astronomical analogues for post-Big Bang chemistry, which could hold clues about the properties of the early universe.

Chemists had synthesised HeH+ in their labs over a century ago but it wasn’t until the late 1970s when they began to wonder if it might be found in astrophysical plasmas in the observable universe.

“The chemistry of the universe began with HeH+,” Rolf Güsten, an astronomer at the Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, and a member of the group that made the discovery, said in a statement. “The fact that the molecule [hadn’t been] observed for three decades in the local universe caused some doubts that our understanding was not right.”

The team wrote in its paper that the “unambiguous detection brings a decades-long search to a happy ending”, thus – in Güsten’s words – “eliminating doubts about our understanding of the underlying chemistry of the early universe.”

HeH+ emits radiation of wavelengths that fall in the infrared part of the electromagnetic spectrum, and these are obscured by Earth’s atmosphere. So ground-based instruments were out of consideration. But as it happened, space-based instruments didn’t have the tech to pick out the HeH+’s weak infrared signal from among the medley of other molecules in the nebula.

So the scientists turned to the world’s largest airborne observatory, the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). It has a 2.5-metre-wide telescope and a radio instrument called the German Receiver for Astronomy at Terahertz frequencies (GREAT) mounted on a Boeing 747SP airplane.

SOFIA with its telescope door open. It is a joint project of NASA and the German Aerospace Agency (DLR)

At the start of each run, SOFIA takes off from the ground and remains airborne while the scientists complete their observations. This makes it easy for scientists to change the instruments it carries as well as keep them well-maintained and up to date.

“This flexibility allows us to improve observations and respond to the most pressing questions that scientists want answered,” Naseem Rangwala, a deputy project scientist with SOFIA at NASA, said in a NASA feature.

And it took several years of technological advancements to reach the 2 terahertz frequency range required to detect HeH+.

At the start of their observational run, the scientists added a specific channel for HeH+ to the GREAT instrument. In May 2016, SOFIA flew up to 43,000 feet, keeping its instruments pointed in the direction of NGC 7027, and the first clear signatures of HeH+ were obtained over the course of three flights.

“The discovery of HeH+ is a dramatic and beautiful demonstration of nature’s tendency to form molecules,” David Neufeld, a coauthor of the paper, said in the press release. “Despite the unpromising ingredients that are available, a mixture of hydrogen with the unreactive noble gas helium, and a harsh environment at thousands of degrees celsius, a fragile molecule forms.”

Although we know that HeH+ could have been the universe’s first molecule, we lack precise knowledge of the reactions that would’ve formed and later destroyed it. This is because it’s difficult to calculate the reaction rates. “Our observations will help to ‘calibrate’ these rates, and this will feed back into the chemical ‘networks’ of the early universe,” Güsten told Science Alert.

The next step for his team is to find traces of this molecule further back in time, going towards the Big Bang itself. In this endeavour, they will explore cosmological redshifts – the increase in wavelengths of primordial light due to the universe’s expansion.

“That will multiply the HeH+ wavelength approximately tenfold,” Güsten told Chemistry World, “making the light from the young universe visible from large ground-based observatories”.

Mywish Anand is a winter intern at the Kodaikanal Solar Observatory. He has a masters degree in computational physics from the Central University of Punjab, Bathinda.


شاهد الفيديو: ماذا لو ولد طفل في الفضاء!! (شهر اكتوبر 2021).