Astrochemicy odkrywają magnetyczne tajemnice metanolu

Pola magnetyczne odgrywają istotną rolę w miejscach gdzie powstaje większość masywnych gwiazd. Powyższa ilustracja przedstawia otoczenie powstającej masywnej gwiazdy, a jasne obszary to miejsca, z których docierają do nas sygnały radiowe od metanolu. Jasne kropki przedstawiają masery metanolu – naturalne lasery powszechne w gęstym środowisku, gdzie powstają masywne gwiazdy. Białe linie przedstawiają pole magnetyczne. Dzięki nowym obliczeniom, astronomowie mogą teraz zacząć badać pola magnetyczne w przestrzeni kosmicznej mierząc sygnały radiowe od cząstek metanolu w tyc jasnych źródłach. Źródło: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar et al.(cząsteczki: Wikimedia Commons/Ben Mills)

Zespół naukowców kierowanych przez Boya Lankhaara z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers rozwiązała jedną z istotnych zagadek astrochemii odkrywając w jaki sposób można mierzyć pola magnetyczne w przestrzeni kosmicznej za pomocą metanolu, najprostszej formy alkoholu. Wyniki ich badań, opublikowane dzisiaj w periodyku Nature Astronomy, stanowią nowy sposób badania procesów stojących za powstawaniem masywnych gwiazd.

W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat naukowcy zidentyfikowali wiele związków chemicznych w przestrzeni kosmicznej. Korzystając z radioteleskopów astronomowie – z pomocą tych związków chemicznych – badali co dokładnie dzieje się w ciemnych, gęstych obłokach, w których powstają gwiazdy i planety.  Naukowcy potrafią mierzyć temperaturę ciśnienie i ruch gazu w takich obłokach na podstawie sygnatur związków chemicznych widocznych w odkrywanych przez siebie sygnałach.  Jednak w procesie powstawania masywnych gwiazd ważny jest jeszcze jeden dodatkowy czynnik, trudniejszy do badania – to pola magnetyczne.

[AdSense-A]

 

Boy Lankhaar z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers, który kierował projektem, mówi: „Wiemy, że w procesach powstawania największych i najcięższych gwiazd istotną rolę odgrywają pola magnetyczne. Jednak w jaki sposób pola magnetyczne wpływają na te procesy pozostaje wciąż tematem wielu debat. Dlatego też potrzebowaliśmy nowego sposobu mierzenia pól magnetycznych, a znalezienie takiego sposobu stanowiło prawdziwe wyzwanie. Teraz, dzięki naszym nowym obliczeniom, w końcu wiemy jak to robić za pomocą metanolu”.

Wykorzystanie pomiarów metanolu (CH3OH) w przestrzeni kosmicznej do badania pól magnetycznych proponowano już kilkadziesiąt lat temu. W gęstych obłokach gazu otaczających wiele nowo narodzonych gwiazd, cząsteczki metanolu świecą jasno jako naturalne lasery mikrofalowe, tzw. masery. Sygnały, które potrafimy mierzyć, a pochodzące z maserów metanolu są bardzo wyraźne i emitowane na określonych częstotliwościach.

[AdSense-B]

 

„Sygnały maserów pochodzą także z obszarów, gdzie pola magnetyczne mogą nam najwięcej powiedzieć o procesach formowania gwiazd. Dzięki naszej nowej wiedzy o tym jak pola magnetyczne wpływają na metanol, możemy w końcu rozpocząć analizowanie tego co widzimy” mówi członek zespołu z Chalmers, Wouter Vlemmings.

Wcześniejsze próby pomiaru magnetycznych właściwości metanolu w warunkach laboratoryjnych napotykały wiele problemów. Dlatego też naukowcy postanowili stworzyć model teoretyczny, upewniając się, że jest on zgodny z poprzednią teorią i z pomiarami laboratoryjnymi. „Opracowaliśmy model zachowania metanolu w polach magnetycznych, rozpoczynając od zasad mechaniki kwantowej. Wkrótce potem odkryliśmy wysoką zgodność obliczeń teoretycznych z dostępnymi danymi eksperymentalnymi. Dzięki temu mogliśmy ekstrapolować nasze wyniki na warunki panujące w przestrzeni kosmicznej” tłumaczy Boy Lankhaar.

Mimo to, zadanie okazało się zaskakująco trudne. Chemicy teoretyczni Ad van der Avoird oraz Gerrit Groenenboom z Uniwersytetu Radboud w Holandii musieli wykonać nowe obliczenia i poprawić wcześniejsze prace. „Skoro metanol jest stosunkowo prostym związkiem chemicznym, to wydawało nam się, że projekt ten nie będzie zbyt trudny. Zamiast tego okazało się, że jest to bardzo skomplikowane zadanie ponieważ musieliśmy obliczać właściwości metanolu na bardzo wysokim stopniu precyzji” mówi Ad van der Avoird.

Nowe wyniki otwierają nowe możliwości badania pól magnetycznych we Wszechświecie. Pokazują one także w jaki sposób można rozwiązywać problemy astrochemii czyli na styku astronomii i chemii. Huib Jan van Langevelde, członek zespołu oraz astronom w Joint Institute for VLBI Eric tłumaczy: „To niesamowite, że niezbędne są tak szczegółowe obliczenia do odkrycia stopnia złożoności molekularnej niezbędnego do wykonywania bardzo precyzyjnych pomiarów za pomocą najlepszych obecnie radioteleskopów. Abyśmy mogli cieszyć się nowymi odkryciami dotyczącymi związków chemicznych, pól magnetycznych i procesów gwiazdotwórczych niezbędna jest współpraca między chemikami a astrofizykami”.

Źródło: Uniwersytet Technologiczny w Chalmers