Amerikaanse wetenschappers hebben een nieuw molecuul ontdekt in de ruimte, genaamd 2-methoxyethanol. Het was een flinke krachttoer waarvoor ze gegevens haalden uit het Franse Lille en hulp kregen uit Kopenhagen en Florida.
“Ons team probeert te begrijpen welke moleculen aanwezig zijn in de gebieden in de ruimte waar sterren en zonnestelsels zich uiteindelijk vormen”, legt onderzoeker Zachary Fried van het gerenommeerde Massachusetts Institute of Technology (MIT) uit. “Zo proberen we uit te vogelen hoe de chemie zich ontwikkelt tijdens het proces van ster- en planeetvorming. We doen dit door te kijken naar de rotatiespectra van moleculen, de unieke lichtpatronen die ze afgeven als ze over elkaar heen buitelen in de ruimte.”
“Deze patronen zijn de vingerafdrukken of barcodes van moleculen. Om nieuwe moleculen te ontdekken, moeten we eerst een idee hebben van het molecuul waar we naar willen zoeken, dan kunnen we zijn spectrum in een lab op Aarde registreren en dan gaan we uiteindelijk met telescopen op zoek naar dat spectrum in de ruimte”, gaat hij verder.
Een ingewikkelde klus
Sinds kort gebruiken de onderzoekers ook machinelearning om de beste moleculen te selecteren om naar op zoek te gaan. Vorig jaar stelde zo’n AI-model voor om 2-methoxyethanol als doel te nemen. “Er is een aantal ‘methoxy’-moleculen in de ruimte, zoals dimethyl-ether, methoxymethanol, ethylmethyl-ether en methylformiaat, maar 2-methoxyethanol zou het grootste en meest complexe molecuul zijn dat we ooit hebben gezien”, aldus de wetenschapper.
Maar zo simpel als het computermodel het voorstelt, is het natuurlijk niet. De onderzoekers moesten eerst het rotatiespectrum van het molecuul op Aarde meten en analyseren. Daarvoor combineerden ze experimenten van de Universiteit van Lille, het New College of Florida en het McGuire-lab van het MIT zelf. Zo konden ze het spectrum meten over een breedband van frequenties, van microwave tot sub-millimeter-golflengtes, dus tussen de 8 en 500 gigahertz.
Een match
De data die deze metingen opleverden, konden ze gebruiken om echt met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) op zoek te gaan naar het molecuul in twee afzonderlijke stervormende gebieden: NGC 6334I en IRAS 16293-2422B. Deze telescoopobservaties moesten vervolgens nog door drie onderzoeksgroepen worden onderzocht.
“Uiteindelijk zagen we 25 rotatielijnen van 2-methoxyethanol die in lijn waren met het moleculaire signaal dat we observeerden in NGC 63341 – de barcode matchte – wat resulteerde in een duidelijke detectie van methoxyethanol in deze bron”, vertelt Fried. “Daardoor konden we de fysische parameters afleiden van het molecuul, zoals de mate waarin hij aanwezig was en de excitatietemperatuur.”
Excitatie is een ingewikkeld woord voor de tijdelijke verplaatsing van een deel van een atoom van een schil naar een andere schil, die binnen hetzelfde atoom hoger in het energiespectrum ligt.
Zulke ontdekkingen van nieuwe moleculen helpen de onderzoekers om de ontwikkeling van de moleculaire complexiteit tijdens het stervormingsproces in de ruimte beter te begrijpen. 2-methoxyethanol, dat uit dertien atomen bestaat, is behoorlijk groot voor interstellaire standaarden. Tot 2021 zijn er slechts zes moleculen die groter zijn dan dertien atomen ontdekt buiten ons zonnestelsel en dat waren allemaal ringvormige structuren, terwijl het nieuw ontdekte exemplaar meer langwerpig is.
“Continue observaties van grote moleculen en de daaruitvolgende conclusies over hun aanwezigheid zorgen ervoor dat we onze kennis kunnen vergroten over hoe efficiënt grote moleculen zich kunnen vormen en door welke specifieke reacties ze worden geproduceerd”, klinkt het nog.
“En aangezien we dit molecuul wel hebben gevonden in NGC 6334I maar niet in IRAS 16293-2422B, waren we in de unieke gelegenheid dat we konden kijken hoe de verschillende fysieke condities van deze twee bronnen effect hebben op de chemie die ontstaat.”
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili bestaat uit 66 radioschotels met een diameter van 7 tot 12 meter. Ze nemen waar op millimeter- en submillimetergolflengtes. Het is het grootste astronomische project ter wereld en het bevindt zich in de Atacama-woestijn in Noord-Chili op meer dan 5 kilometer boven zeeniveau.
