Astrochemicy ujawniają magnetyczne sekrety metanolu

Zespół astronomów, kierowany przez Boya Lankhaara z Chalmers University of Technology, rozwiązał ważną zagadkę astrochemii: jak mierzyć pole magnetyczne w przestrzeni za pomocą metanolu, najprostszej formy alkoholu. Ich wyniki, opublikowane w dzienniku Nature Astronomy, pokazują astronomom nowy sposób zbadania, jak rodzą się masywne gwiazdy.

W ciągu ostatniego półwiecza odkryto wiele molekuł w przestrzeni kosmicznej. Korzystając z radioteleskopów, astronomowie mogli badać z pomocą tych cząsteczek, co dzieje się w ciemnych i gęstych obłokach, w których rodzą się nowe gwiazdy i planety.

Naukowcy mogą mierzyć temperaturę, ciśnienie i ruchy gazu, gdy badają sygnatury cząstek w wykrywanych przez nich sygnałach. Ale szczególnie tam, gdzie rodzą się najmasywniejsze gwiazdy, jest jeszcze jeden ważny gracz, trudniejszy do zmierzenia: pole magnetyczne.

„Kiedy rodzą się największe i najcięższe gwiazdy, wiemy, że pola magnetyczne odgrywają ważną rolę. Ale to, w jaki sposób pola magnetyczne wpływają na proces, jest przedmiotem dyskusji wśród badaczy. Potrzebujemy więc metod pomiaru pól magnetycznych, i to jest prawdziwe wyzwanie” – mówi Boy Lankhaar z Chalmers University of Technology, kierownik projektu.

Wykorzystanie pomiarów metanolu (CH3OH) w kosmosie do badania pól magnetycznych zasugerowano dekady temu. W gęstym gazie otaczającym wiele nowonarodzonych gwiazd cząsteczki metanolu świecą jasno jak neutralne lasery mikrofalowe lub masery. Sygnały, które możemy mierzyć z maserów metanolu są silne oraz emitowane na bardzo specyficznych częstotliwościach.

„Sygnały masera pochodzą również z regionów, w których pola magnetyczne mają najwięcej do powiedzenia o tym, jak powstają gwiazdy. Dzięki naszej nowej wiedzy na temat wpływu metanolu na pola magnetyczne, możemy wreszcie zacząć interpretować to, co widzimy” – mówi członek zespołu Wouter Vlemmings, Chalmers.

Wcześniejsze próby pomiaru magnetycznych właściwości metanolu w warunkach laboratoryjnych napotykały na problemy. Zamiast tego, naukowcy postanowili zbudować model teoretyczny, upewniając się, że jest on zgodny zarówno z poprzednią teorią, jak i z pomiarami laboratoryjnymi.

„Zbudowaliśmy model zachowania metanolu w polach magnetycznych, wychodząc od zasad mechaniki kwantowej. Wkrótce znaleźliśmy dobrą zgodność między teoretycznymi obliczeniami a dostępnymi danymi eksperymentalnymi. To dało nam pewność ekstrapolacji do warunków, jakich oczekujemy w kosmosie” – wyjaśnia Boy Lankhaar.

Mimo to, zadanie okazało się zaskakująco trudne. Chemicy teoretyczni Ad van der Avoird i Gerrit Groenenboom, obaj z Radboud University w Holandii, musieli dokonać nowych obliczeń i skorygować poprzednie prace.

„Ponieważ metanol jest stosunkowo prostą cząstką, początkowo myśleliśmy, że projekt będzie łatwy. Jednak okazało się to bardzo skomplikowane, ponieważ musieliśmy bardzo szczegółowo obliczyć właściwości metanolu” – mówi Ad van der Avoird.

„Te wyniki otwierają nowe możliwości zrozumienia pól magnetycznych we Wszechświecie. Pokazują także, jak rozwiązywać problemy w astrochemii – gdzie spotykają się dyscypliny chemii i astronomii” – wyjaśnia Huib Jan van Langevelde, członek zespołu i astronom w Joint Institute dla VLBI ERIC oraz Leiden University.

„To zdumiewające, że wymagane są tak szczegółowe obliczenia, aby odkryć złożoność molekularną, której potrzebujemy do zinterpretowania bardzo dokładnych pomiarów, jakie wykonujemy przy użyciu dzisiejszych najlepszych radioteleskopów. Daje to ekspertom z dziedzin chemii i astrofizyki możliwość nowych odkryć w przyszłości, na temat cząstek, pól magnetycznych i tworzenia się gwiazd” – mówi Huib Jan van Langevelde.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Chalmers University of Technology

Dodaj komentarz