في الفضاء، الجزيء الأقل استقرارًا هو الغالب

كثير من الجزيئات المكتشفة في الفضاء مبنيّ من أربعة عناصر فقط: الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين، وهي لبنات الكيمياء العضوية وكيمياء ما قبل الحياة. وإذا رُتّبت على النحو الصحيح، أمكنها أن تشكّل الرابطة الببتيدية، –C(=O)–N(–H)–، التي تربط الأحماض الأمينية في البروتينات. ويرى المؤلفون أن مجموعة الإيزوسيانات، –N=C=O، هي بنيتها الفرعية الأساسية: سلسلة N–C–O نفسها. ومن بين أكثر من 350 جزيئًا حُدّدت بين النجوم، لم يكن يحملها سوى خمسة، منها حمض الإيزوسيانيك، HNCO.

طريقتان لإضافة بروتون

يمكن لحمض الإيزوسيانيك أن يلتقط بروتونًا إضافيًا في موضعين. فعلى النيتروجين، يصبح H₂NCO⁺، وهو الترتيب الأكثر استقرارًا، وقد رُصد في الفضاء من قبل. وعلى الأكسجين، يصبح HNCOH⁺، وهو متصاوغ (isomer)، أي الذرات نفسها بترتيب مختلف، يقع في مستوى طاقة أعلى، بفارق 18 كيلوكالوري لكل مول، وهي الطاقة التي يحملها غاز عند نحو 9,000 كلفن، أي أبعد بكثير من حرارة السحابة البالغة نحو 100 كلفن.

وكانت النظرية والمختبر يلمّحان إلى أن الشكل الثاني لا ينبغي أن يكون نادرًا. فقد وجدت حسابات حديثة للتفاعل بين الأيون H₃⁺ وHNCO، الذي يُعتقد أنه أحد الطرق الرئيسية لتكوّن هذه الأيونات، أنه ينتج HNCOH⁺ في نحو 80% من الحالات. وفي تجربة مختبرية، كان HNCOH⁺ ضعفَي وفرة H₂NCO⁺. وما إن يتكوّن HNCOH⁺ حتى يصعب عليه أن يتحوّل إلى توأمه المستقر: إذ يعترض طريقه حاجز طاقة مرتفع. ومع ذلك، لم يره أحد في الفضاء قط.

سحابة تهزّها التصادمات

وجّهت مارتا ري-مونتيخو (Marta Rey-Montejo)، من مركز البيولوجيا الفلكية (Centro de Astrobiología) في إسبانيا، وزملاؤها في إسبانيا وألمانيا واليابان والولايات المتحدة وتشيلي، أنظارهم نحو G+0.693-0.027، وهي سحابة جزيئية قرب مركز درب التبانة. فالصدمات الواسعة النطاق، الناجمة على الأرجح عن تصادم بين سحب، تنتزع المادة من الأغلفة الجليدية لحبيبات الغبار ومن أنويتها وتطلقها في الغاز. وهذا ما يجعل السحابة من أخصب الأماكن لاكتشاف جزيئات جديدة.

واستخدموا مسحًا فائق العمق للسحابة أجرته ثلاثة تلسكوبات راديوية، هي صحون Yebes ذو الـ40 مترًا وIRAM ذو الـ30 مترًا وAPEX، يغطي نحو 150 GHz من الترددات بين 31 و275 GHz.

سبعة خطوط، وجزيء واحد

يُصدر الجزيء الدوّار في الفضاء إشعاعًا عند سلّم من الترددات الراديوية الدقيقة، يظهر كلٌّ منها على هيئة قمّة ضيّقة، أي خط طيفي. ولم تُقَس في المختبر إلا الدرجتان الأدنى من سلّم HNCOH⁺، لذا استقرأ الفريق البقية. فوقعت ثماني درجات ضمن نطاق المسح؛ وأمكن تحليل سبع منها، إذ كانت الثامنة تقع تحت خط صادر عن الغلاف الجوي للأرض.

وتطابقت كلها. فأعطت المواءمة كثافةً عمودية قدرها 9.9 × 10¹² جزيء لكل سنتيمتر مربع على امتداد خط النظر، ووفرةً تبلغ نحو 7.3 × 10⁻¹¹ نسبةً إلى الهيدروجين الجزيئي، ودرجة حرارة تقارب 24 كلفن لدوران الجزيء. ولم يسبق قياس معظم هذه الخطوط في أي مختبر؛ ومنها استخلص الفريق أول قيمة لمدى تمدّد الجزيء الدوّار، في توافق وثيق مع الحسابات الكيميائية الكمومية.

الخطوط الدورانية السبعة لـHNCOH⁺ باتجاه G+0.693: الطيف المرصود (بالرمادي)، والمواءمة لـHNCOH⁺ (بالأحمر)، وجميع الجزيئات المعروفة (بالأزرق). وتظهر بنية الجزيء في أسفل اليمين. — الشكل 1، Rey-Montejo وآخرون (2026)، arXiv:2610.39654.

التوأم الأقل استقرارًا هو الغالب

باستخدام بيانات أحدث، أعاد الفريق أيضًا قياس التوأم المستقر، H₂NCO⁺: 2.6 × 10¹² لكل سنتيمتر مربع. وهذا يجعل HNCOH⁺ أوفر بـ3.8 مرة.

فلو استقرّ الشكلان ببساطة وفقًا لطاقتيهما، عند درجة حرارة السحابة البالغة نحو 70 إلى 140 كلفن، لكان HNCOH⁺ أندر من H₂NCO⁺ بأكثر من 20 رتبة من حيث المقدار. لكن وفرته تعكس بدلًا من ذلك طريقة صنعه: فالتفاعل الذي يكوّن هذه الأيونات يفضّل الشكل الأقل استقرارًا. ويشير المؤلفون إلى أن عائلات أخرى من المتصاوغات في الفضاء تُظهر النمط نفسه، إذ تكون الأشكال العالية الطاقة شائعة بقدر نظيراتها المستقرة. ويختلف الأيونان أيضًا في سرعة دورانهما: فـHNCOH⁺ يبدو أدفأ من H₂NCO⁺ (نحو 24 مقابل 9 كلفن، في حين أن الغاز نفسه عند نحو 70 إلى 140 كلفن). والتفسير المحتمل بحسب المؤلفين: أن HNCOH⁺ أقل قطبية، فيتخلّى عن طاقة دورانه في صورة موجات راديوية بسهولة أقل، وتُبقيه التصادمات مع الغاز يدور أسرع.

ستة جزيئات، والعدد في ازدياد

HNCOH⁺ هو الجزيء السادس المكتشف في الفضاء الذي يحمل مجموعة الإيزوسيانات. ويدعو المؤلفون إلى دراسة مختبرية مخصّصة لرسم طيفه الدوراني الكامل. أما درسهم الأوسع فيتعلّق بطريقة عمل الكيمياء بين النجوم: هناك، ليس الترتيب الأكثر استقرارًا للذرات بالضرورة هو الأكثر شيوعًا، بل ما يهم هو الطريق الذي يولد به الجزيء.