Cukrok az űrben: így édesítik meg az asztrokémikusok a csillagközi teret

1096

Jelenleg 269 csillagközi térben azonosított molekulát tartanak számon, amelyből 41-et 2021-ben, 6-ot 2022 januárja óta fedeztek fel. A felfedezések számának robbanásszerű növekedése elsősorban a Yebes RT40m rádióteleszkópnak, az ALMA rádióteleszkóp-rendszernek és nem utolsósorban az intenzív laboratóriumi vizsgálatoknak köszönhető. Ugyan a molekulák közel 90%-át mikro- és milliméterhullámú spektrumuk alapján azonosították, egyes (dipólusos momentummal nem rendelkező) molekulák esetében kizárólag az IR vagy UV-látható spektrumuk alapján juthatunk információhoz. Így várhatóan a közeljövőben a James Webb-űrtávcső is hozzá fog járulni a sikerekhez.

A Yebes RT40m rádióteleszkóp, Guadalajara, Castilla–La Mancha, Spanyolország

A biztosan azonosított csillagközi molekulák között ma már nemcsak 2-3 atomos részecskéket találunk, hanem például 19 (C10H17CN, 1- és 2-cianonaftalin) vagy 60 és 70 (C60 és C70 fullerének) atomból álló nagyobb molekulákat is. Ezeknek a jelenléte és azonosítása a csillagközi térben azért is ámulatba ejtő, mert 1926-ban Eddington még a kétatomos molekulák létrejöttét is kizárhatónak tartotta a jelenlevő háttérsugárzások miatt. A csillagközi tér kémiájával foglalkozó asztrokémikusok, a legalább 6 atomból álló szénatomot is tartalmazó molekulákat COM-oknak (complex organic molecules), vagy újabban, hogy a szerves kémikusok megmosolygását elkerüljék, iCOM-oknak (interstellar COM) nevezik. Jelenleg az asztrokémia legérdekesebb kérdései közé tartoznak többek közt a következők: Mekkora COM alkotórészek vannak jelen a csillagközi térben? Mekkora a legnagyobb iCOM, amit azonosítani lehet? Megtalálhatók-e a biomolekulák építőelemei? Hogyan keletkezhetnek az iCOM-ok a csillagközi térben?

A fehérjéket felépítő aminosavakat már közel fél évszázada próbálják azonosítani a csillagközi anyagban. Ugyan a legkisebb aminosav, a glicin (NH2CH2COOH), 1979-es, 1983-as és 1996-os közvetlen rádióteleszkópos azonosítását is rendre megkérdőjelezték, a Murchinson meteoritban (1970), valamint a Wild2 üstökös csóvájában (2008), és a Churyumov-Gerasimenko (2016) üstökös felszínén más kémiai analitikai módszerrel (tömegspektrometriával) megcáfolhatatlanul kimutatták. Laboratóriumi kísérletekkel is már több évtizede bizonyították, hogy asztrofizikai jegekben, kozmikus sugárzás hatására kisebb, csillagközi térben már kimutatott molekulákból (metilamin, CH3NH2 és széndioxid, CO2) keletkezhet glicin. Sergio Ioppolo és munkatársai 2021-ben egy Nature tanulmányban azt is megmutatták, hogy H-atomok jelenlétekor sűrű molekulafelhők belsejében, akár külső energiaforrás, azaz sugárzás nélkül is létrejöhet glicin. Habár ezeket a kísérleteket Hollandiában végezték, Sergio Ioppolo és munkatársai az elmúlt pár év során a debreceni ATOMKI-ban is építettek egy berendezést (ICA, Ice Chamber for Astrophysics/Astrochemistry) hasonló vizsgálatokhoz. Egy másik új magyar berendezéssel, a VIZSLÁ-val (Versatile Ice Zigzag Sublimation Setup for Laboratory Astrochemistry) az MTA-ELTE Laboratóriumi Asztrokémia Kutatócsoportja azt is megmutatta, hogy H-atomok jelenlétekor a glicinből valószínűleg más aminosavak is létrejöhetnek csillagközi körülmények között.

A glikolaldehid, a (Z)-1,2-eténdiol és a glicerinaldehid szerkezete. A hidrogénatomokat fehér, az oxigénatomokat piros, míg a szénatomokat szürke szín jelöli.

Az utóbbi évtizedekben számos laboratóriumi vizsgálat jelent meg arról is, hogy a DNS és RNS építőelemeinek egyik fajtája, a nukleobázisok is keletkezhetnek sugárzások hatására asztrofizikai jegekben. Talán a legnagyobb fejtörést az okozta, hogy keletkezhetnek-e és ha igen, akkor hogyan a földi típusú élet szempontjából szintén elengedhetetlen cukrok, szénhidrátok. Ezek nemcsak DNS és RNS építőelemei, de a sejtek energiaellátásában is nélkülözhetetlenek. A legkisebb „cukrot”, a glikolaldehidet (CHOCH2OH) már 2000-ben felfedezték a csillagközi térben. Az APJ Letters-ben frissen megjelent cikkben Rivilla és munkatársai egy új és fontos lépéssel jutottak előre a csillagközi szénhidrátok keletkezésének megértésében. A Yebes RT40m és az IRAM 30m rádióteleszkóppal végzett észleléseik alapján azonosították a glikolaldehid egy tautomerét (azaz olyan izomerét, ami ugyanazokat az atomokat tartalmazza, csak egyes H-atomok máshova kapcsolódnak), a (Z)-1,2-eténdiolt (HOCHCHOH) a G+0.693-0.027 molekulafelhőben. Az eténdiol „lombikkörülmények” között nem stabilis molekula, már a 2021-es laboratóriumi előállítása és kimutatása asztrofizikai jegekben is nagy sikernek számított. Az eténdiol jelentőségét éppen az adja, hogy nagy energiájú molekula, így kiváló köztitermék lehet nagyobb cukormolekulák csillagközi szintézise során. Ahogy azt Rivilla és munkatársai is felvetették, az enténdiol például hidroximetilén (HCOH) gyökkel reagálva egy három szénatomból álló cukrot, glicerinaldehidet (HOCH2CHOHCHO) eredményezhet. Amennyiben ez a feltételezés igaznak bizonyul, az asztrokémikusok a közeljövőben várhatóan „megédesítik” a csillagközi teret, és utat nyitnak a három és több szénatomos csillagközi cukormolekulák azonosítása, és keletkezésüknek a megértése irányába.

Hozzászólás

hozzászólás