అంతరిక్షంలో ఎక్కువ కార్బన్‌ను నిల్వ చేసే అణువులు

సుదూర ఇంటర్స్టెల్లార్ క్లౌడ్‌లో పైరీన్ ఉత్పన్నాల ఆవిష్కరణ మన స్వంత సౌర వ్యవస్థ ఎలా ఏర్పడిందో వెల్లడించడంలో సహాయపడుతుంది.

MITలోని పరిశోధకుల నేతృత్వంలోని బృందం సుదూర నక్షత్ర మేఘంలో సమృద్ధిగా పైరీన్‌ను కలిగి ఉందని కనుగొన్నారు, ఇది ఒక రకమైన పెద్ద, కార్బన్-కలిగిన అణువును పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్ (PAH) అని పిలుస్తారు.

చివరికి మన స్వంత సౌర వ్యవస్థగా మారిన దుమ్ము మరియు వాయువుల సేకరణను పోలి ఉండే ఈ సుదూర క్లౌడ్‌లో పైరీన్ కనుగొనబడింది, మన సౌర వ్యవస్థలోని చాలా కార్బన్‌కు పైరీన్ మూలంగా ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది. భూమికి సమీపంలో ఉన్న గ్రహశకలం ర్యుగు నుండి తిరిగి వచ్చిన నమూనాలలో పెద్ద మొత్తంలో పైరీన్ ఉందని ఇటీవల కనుగొన్నది కూడా ఆ పరికల్పనకు మద్దతు ఇస్తుంది.

“నక్షత్రం మరియు గ్రహాల నిర్మాణంలో ఒక పెద్ద ప్రశ్న ఏమిటంటే: ఆ ప్రారంభ పరమాణు క్లౌడ్ నుండి ఎంత రసాయన ఇన్వెంటరీ వారసత్వంగా వచ్చింది మరియు సౌర వ్యవస్థ యొక్క మూల భాగాలను ఏర్పరుస్తుంది? మనం చూస్తున్నది ప్రారంభం మరియు ముగింపు, మరియు ప్రారంభ పరమాణు మేఘం నుండి ఈ పదార్థం మన సౌర వ్యవస్థను రూపొందించే మంచు, ధూళి మరియు రాతి వస్తువులలోకి ప్రవేశిస్తుందని వారు అదే విషయాన్ని చూపిస్తున్నారు” అని కెమిస్ట్రీ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ బ్రెట్ మెక్‌గ్యురే చెప్పారు. MIT.

దాని సమరూపత కారణంగా, అంతరిక్షంలోని 95 శాతం అణువులను గుర్తించడానికి ఉపయోగించే రేడియో ఖగోళ శాస్త్ర సాంకేతికతలకు పైరీన్ స్వయంగా కనిపించదు. బదులుగా, పరిశోధకులు సైనోపైరీన్ యొక్క ఐసోమర్‌ను కనుగొన్నారు, ఇది పైరీన్ యొక్క సంస్కరణ, దాని సమరూపతను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి సైనైడ్‌తో ప్రతిస్పందించింది. వెస్ట్ వర్జీనియాలోని గ్రీన్ బ్యాంక్ అబ్జర్వేటరీలో రేడియో టెలిస్కోప్ అయిన 100 మీటర్ల గ్రీన్ బ్యాంక్ టెలిస్కోప్ (GBT)ని ఉపయోగించి TMC-1 అని పిలువబడే సుదూర క్లౌడ్‌లో అణువు కనుగొనబడింది.

McGuire మరియు ఇల్సా కుక్, బ్రిటిష్ కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయంలో కెమిస్ట్రీ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్, పరిశోధనలను వివరించే ఒక కాగితం యొక్క సీనియర్ రచయితలు, ఇది ఈ రోజు కనిపిస్తుంది. సైన్స్ . మెక్‌గ్యురే సమూహంలో MIT పోస్ట్‌డాక్ అయిన గాబీ వెన్జెల్ ఈ అధ్యయనానికి ప్రధాన రచయిత.

అంతరిక్షంలో కార్బన్

కార్బన్ పరమాణువుల వలయాలను కలిగి ఉన్న PAHలు, అంతరిక్షంలో ఉన్న కార్బన్‌లో 10 నుండి 25 శాతం వరకు నిల్వ ఉంచుతాయని నమ్ముతారు. 40 సంవత్సరాల క్రితం, ఇన్‌ఫ్రారెడ్ టెలిస్కోప్‌లను ఉపయోగించే శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో PAHల వైబ్రేషనల్ మోడ్‌లకు చెందినవిగా భావించే లక్షణాలను గుర్తించడం ప్రారంభించారు, అయితే ఈ సాంకేతికత అక్కడ ఏ రకమైన PAHలు ఉన్నాయో ఖచ్చితంగా వెల్లడించలేదు.

“1980లలో PAH పరికల్పన అభివృద్ధి చేయబడినప్పటి నుండి, PAH లు అంతరిక్షంలో ఉన్నాయని చాలా మంది అంగీకరించారు మరియు అవి ఉల్కలు, తోకచుక్కలు మరియు గ్రహశకలం నమూనాలలో కనుగొనబడ్డాయి, అయితే మేము వ్యక్తిగత PAH లను నిస్సందేహంగా గుర్తించడానికి ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని నిజంగా ఉపయోగించలేము. స్పేస్,” వెన్జెల్ చెప్పారు.

2018లో, McGuire నేతృత్వంలోని బృందం TMC-1లో నైట్రైల్ (కార్బన్-నత్రజని) సమూహంతో జతచేయబడిన ఆరు-కార్బన్ రింగ్ బెంజోనిట్రైల్‌ను కనుగొన్నట్లు నివేదించింది. ఈ ఆవిష్కరణ చేయడానికి, వారు GBTని ఉపయోగించారు, ఇది అంతరిక్షంలో అణువులను వాటి భ్రమణ వర్ణపటం ద్వారా గుర్తించగలదు – అణువులు అంతరిక్షంలో దొర్లుతున్నప్పుడు వెలువడే కాంతి యొక్క విలక్షణమైన నమూనాలు. 2021లో, అతని బృందం అంతరిక్షంలో మొదటి వ్యక్తిగత PAHలను కనుగొంది: సైనోనాఫ్తలీన్ యొక్క రెండు ఐసోమర్‌లు, ఇందులో రెండు వలయాలు కలిసి ఉంటాయి, ఒక రింగ్‌కు నైట్రైల్ సమూహం జతచేయబడి ఉంటుంది.

భూమిపై, PAHలు సాధారణంగా శిలాజ ఇంధనాలను కాల్చడం యొక్క ఉపఉత్పత్తులుగా సంభవిస్తాయి మరియు అవి కాల్చిన ఆహారంపై చార్ మార్క్‌లలో కూడా కనిపిస్తాయి. కేవలం 10 కెల్విన్‌లు మాత్రమే ఉన్న TMC-1లో వారి ఆవిష్కరణ చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఏర్పడటం కూడా సాధ్యమవుతుందని సూచించింది.

PAH లు ఉల్కలు, గ్రహశకలాలు మరియు తోకచుక్కలలో కూడా కనుగొనబడ్డాయి అనే వాస్తవం చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు మన స్వంత సౌర వ్యవస్థను రూపొందించిన చాలా కార్బన్‌కు PAH లు మూలం అని ఊహించడానికి దారితీసింది. 2023లో, జపాన్‌లోని పరిశోధకులు హయాబుసా2 మిషన్ సమయంలో గ్రహశకలం ర్యుగు నుండి తిరిగి వచ్చిన నమూనాలలో పెద్ద మొత్తంలో పైరీన్‌ను కనుగొన్నారు, నాఫ్తలీన్‌తో సహా చిన్న PAHలతో పాటు.

ఆ ఆవిష్కరణ TMC-1లో పైరీన్ కోసం వెతకడానికి మెక్‌గుయిర్ మరియు అతని సహచరులను ప్రేరేపించింది. నాలుగు రింగులను కలిగి ఉన్న పైరీన్, అంతరిక్షంలో కనుగొనబడిన ఇతర PAHల కంటే పెద్దది. వాస్తవానికి, ఇది అంతరిక్షంలో గుర్తించబడిన మూడవ-అతిపెద్ద అణువు, మరియు రేడియో ఖగోళ శాస్త్రాన్ని ఉపయోగించి ఇప్పటివరకు కనుగొనబడిన అతిపెద్ద అణువు.

అంతరిక్షంలో ఈ అణువుల కోసం వెతకడానికి ముందు, పరిశోధకులు మొదట సైనోపైరీన్‌ను ప్రయోగశాలలో సంశ్లేషణ చేయాల్సి వచ్చింది. రేడియో టెలిస్కోప్ గుర్తించగల సంకేతాన్ని అణువు విడుదల చేయడానికి సైనో లేదా నైట్రైల్ సమూహం అవసరం. రసాయన శాస్త్రంలో MIT అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ అయిన అలిసన్ వెండ్‌ల్యాండ్ సమూహంలో MIT పోస్ట్‌డాక్ షువో జాంగ్ సంశ్లేషణను నిర్వహించారు.

అప్పుడు, ప్రయోగశాలలో అణువులు విడుదల చేసే సంకేతాలను పరిశోధకులు విశ్లేషించారు, అవి అంతరిక్షంలో విడుదల చేసే సంకేతాలకు సమానంగా ఉంటాయి.

GBTని ఉపయోగించి, పరిశోధకులు TMC-1 అంతటా ఈ సంతకాలను కనుగొన్నారు. క్లౌడ్‌లో కనిపించే మొత్తం కార్బన్‌లో సైనోపైరీన్ 0.1 శాతం ఉందని వారు కనుగొన్నారు, ఇది చిన్నదిగా అనిపిస్తుంది, అయితే అంతరిక్షంలో ఉన్న వేలాది రకాల కార్బన్-కలిగిన అణువులను పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు ఇది ముఖ్యమైనది, మెక్‌గుయిర్ చెప్పారు.

“0.1 శాతం పెద్ద సంఖ్యలో కనిపించనప్పటికీ, చాలా కార్బన్ కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO)లో చిక్కుకుంది, ఇది పరమాణు హైడ్రోజన్‌తో పాటు విశ్వంలో రెండవ అత్యంత సమృద్ధిగా ఉన్న అణువు. మనం CO ని పక్కన పెడితే, ప్రతి కొన్ని వందలలో ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మిగిలిన కార్బన్ పరమాణువులు పైరీన్‌లో ఉన్నాయని ఊహించండి, దాదాపు అన్నింటిలో అనేక రకాల కార్బన్ అణువులు ఉన్నాయి మరియు కొన్ని వందలలో ఒకటి పైరీన్‌లో ఉన్నాయి” అని ఆయన చెప్పారు. “ఇది పూర్తిగా భారీ సమృద్ధి. దాదాపు నమ్మశక్యం కాని కార్బన్ సింక్. ఇది స్థిరత్వం యొక్క నక్షత్ర ద్వీపం.”

నెదర్లాండ్స్‌లోని లైడెన్ అబ్జర్వేటరీలో మాలిక్యులర్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్ ప్రొఫెసర్ ఎవైన్ వాన్ డిషోక్ ఈ ఆవిష్కరణను “ఊహించని మరియు ఉత్తేజకరమైనది” అని పిలిచారు.

“ఇది వారి చిన్న సుగంధ అణువుల యొక్క మునుపటి ఆవిష్కరణలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, కానీ ఇప్పుడు పైరీన్ కుటుంబానికి దూకడం చాలా పెద్దది. ఈ అణువులలో కార్బన్ యొక్క గణనీయమైన భాగం లాక్ చేయబడిందని ఇది ప్రదర్శించడమే కాకుండా, ఇది వివిధ నిర్మాణాన్ని సూచిస్తుంది. ఇప్పటివరకు పరిగణించబడిన వాటి కంటే సుగంధ ద్రవ్యాల మార్గాలు” అని పరిశోధనలో పాల్గొనని వాన్ డిషోక్ చెప్పారు.

పైరిన్ యొక్క సమృద్ధి

TMC-1 వంటి నక్షత్రాల మేఘాలు చివరికి నక్షత్రాలను సృష్టించవచ్చు, ఎందుకంటే ధూళి మరియు వాయువు పెద్ద శరీరాలుగా కలిసిపోయి వేడెక్కడం ప్రారంభమవుతుంది. గ్రహాలు, గ్రహశకలాలు మరియు తోకచుక్కలు యువ నక్షత్రాలను చుట్టుముట్టే కొన్ని వాయువు మరియు ధూళి నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి. మన స్వంత సౌర వ్యవస్థకు దారితీసిన ఇంటర్స్టెల్లార్ క్లౌడ్ వద్ద శాస్త్రవేత్తలు వెనక్కి తిరిగి చూడలేరు, అయితే TMC-1లో పైరీన్ యొక్క ఆవిష్కరణ, ఆస్టరాయిడ్ Ryuguలో పెద్ద మొత్తంలో పైరిన్ ఉనికిని కలిగి ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది. మన స్వంత సౌర వ్యవస్థలోని చాలా కార్బన్‌కు మూలం.

“చల్లని మేఘం నుండి సౌర వ్యవస్థలోని అసలు శిలల వరకు ఈ ప్రత్యక్ష పరమాణు వారసత్వం యొక్క బలమైన సాక్ష్యం ఇప్పుడు మన వద్ద ఉంది,” అని మెక్‌గుయిర్ చెప్పారు.

పరిశోధకులు ఇప్పుడు TMC-1లో పెద్ద PAH అణువుల కోసం వెతకాలని ప్లాన్ చేస్తున్నారు. TMC-1లో కనుగొనబడిన పైరిన్ చల్లని మేఘంలో ఏర్పడిందా లేదా విశ్వంలో ఎక్కడి నుండైనా వచ్చిందా, బహుశా చనిపోతున్న నక్షత్రాలను చుట్టుముట్టే అధిక-శక్తి దహన ప్రక్రియల నుండి వచ్చిందా అనే ప్రశ్నను కూడా వారు పరిశోధించాలని భావిస్తున్నారు.