الميثانول الثقيل يُرصد في الفضاء أخيرًا

الديوتيريوم هو النظير الثقيل للهيدروجين. وفي مجرتنا، يوجد نحو 1.6 ذرة ديوتيريوم لكل 100 ألف ذرة هيدروجين. ومع ذلك، ففي النوى الباردة الكثيفة للسحب الجزيئية، حيث تولد النجوم، يمكن أن تكون الجزيئات المحتوية على الديوتيريوم أوفر بعدة مراتب مما توحي به تلك النسبة. فعند درجات الحرارة المنخفضة هذه، تعمل بضعة تفاعلات أساسية على ضخ الديوتيريوم باستمرار في الجزيئات، ويتعاظم هذا الأثر مع الزمن. ولذلك يمكن لكمية الديوتيريوم في جزيء ما أن تلمّح إلى متى وأين تشكّل.

الجزيء المعقد الأكثر شيوعًا

الميثانول (CH₃OH) هو أوفر “الجزيئات العضوية المعقدة” — أي الجزيئات الحاملة للكربون المؤلفة من ست ذرات أو أكثر — في مناطق تشكّل النجوم. وهو يتكوّن في الغالب في الأغلفة الجليدية لحبيبات الغبار خلال المرحلة الباردة التي تسبق اشتعال النجم، ويمثّل حجر عبور نحو جزيئات أكثر تعقيدًا.

للميثانول أربع ذرات هيدروجين: ثلاث عند طرفه الكربوني، وواحدة عند طرفه الأكسجيني. وكانت أشكال تحمل ذرة أو ذرتين أو ثلاث ذرات ديوتيريوم في الجانب الكربوني قد رُصدت في الفضاء من قبل. أما الشكل كامل الديوترة، CD₃OD، الذي تكون فيه الذرات الأربع كلها ديوتيريوم، فلم تكن هناك سوى تلميحات إليه. وتوجد تنبؤات مختبرية لبصمته الراديوية منذ عام 2023.

عشرة خطوط من IRAS4A2

استخدم أ. بيلوش، من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون، وزملاء من أوروبا والولايات المتحدة وآسيا، مسح COMPASS، وهو مسح واسع بمصفوفة التلسكوبات الراديوية ALMA لأحد عشر نجمًا فتيًّا منخفض الكتلة تحتوي على “نوى ساخنة صغيرة” (hot corinos) — وهي مناطق دافئة ومدمجة تتبخر فيها الجزيئات الجليدية وتتوهج بأطوال موجية راديوية. وركّزوا على IRAS4A2، وهو أحد نجمين متلازمين في السحابة NGC 1333، على بعد 290 فرسخًا فلكيًا. وهو أيضًا الموضع الذي حُدّدت فيه لأول مرة الأمونيا كاملة الديوترة حول نجم فتيّ.

بمسح ترددات السماء من 279 إلى 312 غيغاهرتز، نمذج الفريق انبعاث الميثانول وجميع أشكاله عند درجة حرارة تقارب 200 كلفن. فظهر كل شكل من أشكال الميثانول له بصمة راديوية منشورة. ومن بينها: CD₃OD، مع عشرة خطوط مرصودة بوضوح. إنه أول رصد متين للميثانول كامل الديوترة في الفضاء — وكما يشير المؤلفون، أول تحديد لأي جزيء يحمل أربع ذرات ديوتيريوم في الوسط بين النجمي. ويمثّل نحو 4 أجزاء من كل 10 آلاف من الميثانول هناك.

ميثانول يختبئ

وجاء معه لغز. فمقارنةً بأشكاله النادرة الحاملة للكربون-13 والأكسجين-18، بدا الميثانول العادي شحيحًا أكثر مما ينبغي — أقل بنحو 7 إلى 11 مرة — في حين كانت الأشكال النادرة متسقة فيما بينها. ويستنتج المؤلفون أن كمية الميثانول العادي مُقدَّرة على الأرجح بأقل من حقيقتها، ربما لأن انبعاثه يأتي من كتل متكتلة لا من سحابة متجانسة. ولذلك استخدموا الأشكال النادرة بدائلَ لحساب نسب الديوتيريوم.

الديوتيريوم يتراكم بما يفوق الصدفة

لو أن الديوتيريوم يحلّ محل الهيدروجين عشوائيًا باحتمال ثابت، لأشار كل شكل إلى نسبة الديوتيريوم إلى الهيدروجين نفسها. لكن النسبة المستنتجة بدلًا من ذلك ترتفع مع عدد ذرات الديوتيريوم: نحو 1% للأشكال أحادية الديوترة، ومن 9 إلى 23% للأشكال ثنائية وثلاثية الديوترة، ونحو 41% عند مقارنة CD₃OD بـCH₃OD. والنمط في IRAS4A2 مطابق تقريبًا لنمط نجم فتيّ آخر، هو BHR71-IRS1، ومشابه لنجوم أولية أخرى منخفضة الكتلة.

النماذج تخطئ الطرف الثقيل

قارن الفريق هذه النسب بخمسة نماذج كيميائية منشورة تصف كيف يتراكم الميثانول وأشكاله المديوترة. وجميعها تُقلّل من تقدير الأشكال متعددة الديوترة، عادةً بمرتبة أو مرتبتين — وبالنسبة إلى CD₃OD في أحد النماذج، بنحو خمس مراتب. وحكم المؤلفين: ثمة مكوّن أساسي يعزّز الميثانول عالي الديوترة مفقود من النماذج الحالية.

ويقدّم هذا الرصد أيضًا تنبؤًا. فالشكلان المتبقيان، CH₂DOD وCHD₂OD، ينبغي أن يسهل رصدهما في IRAS4A2 حالما يوفّر علماء المطيافية في المختبر بصمتيهما الراديويتين. كما أن نظرة أدق بدقة زاوية أعلى قد تكشف إن كان الميثانول موجودًا حقًا في كتل.