ভারী মিথানল, অবশেষে মহাকাশে পাওয়া গেল

ডিউটেরিয়াম হলো হাইড্রোজেনের ভারী আইসোটোপ (সমস্থানিক)। আমাদের ছায়াপথে প্রতি ১,০০,০০০ হাইড্রোজেন পরমাণুতে প্রায় ১.৬টি ডিউটেরিয়াম পরমাণু থাকে। অথচ আণবিক মেঘের শীতল, ঘন কেন্দ্রগুলোতে, যেখানে নক্ষত্রের জন্ম হয়, ডিউটেরিয়ামযুক্ত অণু ওই অনুপাতের ইঙ্গিতের চেয়ে কয়েক মাত্রা (অর্ডার অফ ম্যাগনিচিউড) বেশি প্রচুর হতে পারে। এত নিম্ন তাপমাত্রায় কয়েকটি মূল বিক্রিয়া অবিরাম ডিউটেরিয়ামকে অণুর ভেতরে চালান করে, আর সময়ের সঙ্গে এই প্রভাব বাড়ে। তাই একটি অণুতে ডিউটেরিয়ামের পরিমাণ ইঙ্গিত দিতে পারে সেটি কখন ও কোথায় তৈরি হয়েছিল।

সবচেয়ে সাধারণ জটিল অণু

নক্ষত্র-গঠনের অঞ্চলে মিথানল (CH₃OH) সবচেয়ে প্রচুর “জটিল জৈব অণু” — অর্থাৎ ছয় বা তার বেশি পরমাণুর কার্বনযুক্ত অণু। এটি প্রধানত তৈরি হয় নক্ষত্র জ্বলে ওঠার আগের শীতল পর্যায়ে, ধূলিকণার বরফের আস্তরণে, এবং আরও জটিল অণুর দিকে এটি একটি সোপান।

মিথানলের চারটি হাইড্রোজেন পরমাণু আছে: তিনটি তার কার্বন-প্রান্তে, একটি অক্সিজেন-প্রান্তে। কার্বনের দিকে এক, দুই বা তিনটি ডিউটেরিয়াম পরমাণুসহ রূপগুলো আগেই মহাকাশে শনাক্ত হয়েছিল। সম্পূর্ণ ডিউটেরিয়ামযুক্ত রূপ, CD₃OD, যেখানে চারটিই ডিউটেরিয়াম, এর কেবল আভাস মিলেছিল। এর রেডিও-চিহ্নের গবেষণাগারভিত্তিক পূর্বাভাস ২০২৩ সাল থেকে আছে।

IRAS4A2 থেকে দশটি রেখা

বনের ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক রেডিও জ্যোতির্বিজ্ঞান ইনস্টিটিউটের A. Belloche এবং ইউরোপ, যুক্তরাষ্ট্র ও এশিয়ার সহকর্মীরা COMPASS ব্যবহার করেছেন — ALMA রেডিও টেলিস্কোপ অ্যারে দিয়ে চালানো একটি বড় জরিপ, যাতে আছে “হট কোরিনো”-সহ এগারোটি তরুণ, কম ভরের নক্ষত্র। হট কোরিনো হলো উষ্ণ, সংকুচিত অঞ্চল, যেখানে বরফে থাকা অণুগুলো বাষ্পীভূত হয়ে রেডিও তরঙ্গদৈর্ঘ্যে দীপ্তি ছড়ায়। তাঁরা মনোযোগ দিয়েছেন IRAS4A2-এর ওপর, যা ২৯০ পারসেক দূরে NGC 1333 মেঘে একজোড়া নক্ষত্রের একটি। এখানেই একটি তরুণ নক্ষত্রের চারপাশে প্রথম সম্পূর্ণ ডিউটেরিয়ামযুক্ত অ্যামোনিয়া শনাক্ত হয়েছিল।

২৭৯ থেকে ৩১২ গিগাহার্জ পর্যন্ত আকাশের কম্পাঙ্ক জুড়ে অনুসন্ধান চালিয়ে দলটি প্রায় ২০০ কেলভিন তাপমাত্রায় মিথানল ও তার সব রূপের নিঃসরণের মডেল তৈরি করে। যেসব মিথানল-রূপের রেডিও “আঙুলের ছাপ” প্রকাশ্যে আছে, তার প্রতিটিই দেখা দিয়েছে। তাদের মধ্যে: CD₃OD, দশটি স্পষ্টভাবে শনাক্ত রেখাসহ। মহাকাশে সম্পূর্ণ ডিউটেরিয়ামযুক্ত মিথানলের এটিই প্রথম নির্ভরযোগ্য শনাক্তকরণ — এবং, লেখকেরা যেমন উল্লেখ করেছেন, আন্তঃনাক্ষত্রিক মাধ্যমে চারটি ডিউটেরিয়াম পরমাণু বহনকারী যেকোনো অণুর প্রথম শনাক্তকরণ। সেখানকার মিথানলের মোটামুটি প্রতি ১০,০০০-এ ৪ ভাগ এটি।

লুকিয়ে থাকা মিথানল

এর সঙ্গে এসেছে একটি ধাঁধা। তার বিরল কার্বন-১৩ ও অক্সিজেন-১৮ রূপগুলোর তুলনায় সাধারণ মিথানল অনেক বেশি দুর্লভ বলে মনে হচ্ছিল — প্রায় ৭ থেকে ১১ গুণ কম — অথচ বিরল রূপগুলো নিজেদের মধ্যে তুলনায় সংগত ছিল। লেখকদের সিদ্ধান্ত, সাধারণ মিথানলের পরিমাণ সম্ভবত কম করে ধরা হয়েছে, হয়তো কারণ এর নিঃসরণ কোনো সুষম মেঘ থেকে নয়, বরং কিছু পিণ্ড থেকে আসে। তাই ডিউটেরিয়াম-অনুপাত গণনায় তাঁরা বিরল রূপগুলোকে বিকল্প হিসেবে ব্যবহার করেছেন।

দৈবের চেয়ে বেশি জমে ডিউটেরিয়াম

ডিউটেরিয়াম যদি একটি নির্দিষ্ট সম্ভাবনায় নিছক দৈবভাবে হাইড্রোজেনের জায়গা নিত, তাহলে প্রতিটি রূপ একই ডিউটেরিয়াম-হাইড্রোজেন অনুপাত নির্দেশ করত। তার বদলে, অনুমিত অনুপাত ডিউটেরিয়াম পরমাণুর সংখ্যার সঙ্গে বাড়ে: একটি ডিউটেরিয়ামযুক্ত রূপের জন্য প্রায় ১%, দুই ও তিনটি ডিউটেরিয়ামযুক্ত রূপের জন্য ৯ থেকে ২৩%, আর CD₃OD-কে CH₃OD-এর সঙ্গে তুলনা করলে প্রায় ৪১%। IRAS4A2-এর এই ধরন আরেকটি তরুণ নক্ষত্র BHR71-IRS1-এর সঙ্গে প্রায় হুবহু মেলে, এবং অন্যান্য কম ভরের প্রোটোস্টারের সঙ্গেও মিল আছে।

মডেলগুলো ভারী প্রান্তটি ধরতে পারে না

দলটি এই অনুপাতগুলোকে প্রকাশিত পাঁচটি রাসায়নিক মডেলের সঙ্গে তুলনা করেছে, যেগুলো বর্ণনা করে মিথানল ও তার ডিউটেরিয়ামযুক্ত রূপ কীভাবে গড়ে ওঠে। সবগুলোই একাধিক ডিউটেরিয়ামযুক্ত রূপকে কম করে ধরে, সাধারণত এক থেকে দুই মাত্রা — আর একটি মডেলে CD₃OD-এর ক্ষেত্রে প্রায় পাঁচ মাত্রা। লেখকদের রায়: ভারী ডিউটেরিয়ামযুক্ত মিথানলকে উৎসাহিত করে এমন একটি মূল উপাদান বর্তমান মডেলগুলোতে অনুপস্থিত।

এই শনাক্তকরণ একটি পূর্বাভাসও দেয়। বাকি দুটি রূপ, CH₂DOD ও CHD₂OD, গবেষণাগারের বর্ণালিবিদেরা তাদের রেডিও-চিহ্ন সরবরাহ করলেই IRAS4A2-এ সহজে দেখা যাওয়ার কথা। উচ্চতর কৌণিক বিভেদনে (অ্যাঙ্গুলার রেজোলিউশন) আরও সূক্ষ্ম পর্যবেক্ষণ এটাও প্রকাশ করতে পারে যে মিথানল সত্যিই পিণ্ডে আছে কি না।