Przejdź do treści

Astrochemicy ujawniają magnetyczne sekrety metanolu

Jasne plamy przedstawiają źródła sygnałów radiowych z maserów metanolu, a zakrzywione linie przedstawiają pole magnetyczne. Źródło: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar i inni (cząsteczki: Wikimedia Commons/Ben Mills)

Zespół astronomów, kierowany przez Boya Lankhaara z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Göteborgu rozwiązał ważną zagadkę astrochemii: jak mierzyć pole magnetyczne w przestrzeni za pomocą metanolu, najprostszej formy alkoholu. Ich wyniki, opublikowane w „Nature Astronomy”, pokazują astronomom nowy sposób zbadania, jak rodzą się masywne gwiazdy.

W ciągu ostatniego półwiecza w przestrzeni kosmicznej odkryto wiele molekuł. 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 sygnałach. Ale tam, gdzie rodzą się najmasywniejsze gwiazdy, jest jeszcze jeden ważny gracz, trudniejszy do zmierzenia: pole magnetyczne.

Wiemy, że kiedy kształtują się największe i najcięższe gwiazdy, pola magnetyczne odgrywają ważną rolę. Ale to, w jaki sposób wpływają one na proces powstawanie gwiazd, jest przedmiotem dyskusji wśród badaczy. Potrzebujemy więc metod pomiaru pól magnetycznych, i to jest prawdziwe wyzwanie – mówi Boy Lankhaar z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa, kierownik projektu.

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

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

Podczas wcześniejszych prób pomiaru magnetycznych właściwości metanolu w warunkach laboratoryjnych badacze napotykali problemy. Postanowili wobec tego opracować model teoretyczny, upewniając się, że jest on zgodny zarówno z teorią, jak i z wynikami dotychczasowych pomiarów laboratoryjnych.

Opracowaliśmy model zachowania metanolu w polach magnetycznych, wychodząc od zasad mechaniki kwantowej. Wkrótce znaleźliśmy zgodność między teoretycznymi obliczeniami a dostępnymi danymi eksperymentalnymi. To dało nam pewność potrzebną do 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 Uniwersytetu Radbouda w Nijmegen (Niderlandy), musieli przeprowadzić nowe obliczenia 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 tego związku – mówi Ad van der Avoird.

Wyniki te 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 Very Long Baseline Interferometry European Research Infrastructure Consortium (VLBI ERIC) oraz Uniwersytetu w Lejdzie (Niderlandy).

To zdumiewające, że potrzebne są tak szczegółowe obliczenia, aby odkryć złożoność molekularną, której potrzebujemy do zinterpretowania bardzo dokładnych pomiarów, jakie wykonujemy przy użyciu dzisiejszych najlepszych radioteleskopów. Daje to chemikom i astrofizykom możliwość dokonywania nowych odkryć w zakresie cząstek, pól magnetycznych i tworzenia się gwiazd – mówi Huib Jan van Langevelde.

Więcej:
Astrochemists reveal the magnetic secrets of methanol

Źródło: Chalmers University of Technology

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Na zdjęciu: Jasne plamy przedstawiają źródła sygnałów radiowych z maserów metanolu, a zakrzywione linie przedstawiają pole magnetyczne. Źródło: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar i inni (cząsteczki: Wikimedia Commons/Ben Mills)

Reklama