भारी मेथनॉल, आख़िरकार अंतरिक्ष में मिला

ड्यूटीरियम हाइड्रोजन का भारी समस्थानिक है। हमारी आकाशगंगा में हर 1,00,000 हाइड्रोजन परमाणुओं पर लगभग 1.6 ड्यूटीरियम परमाणु होते हैं। फिर भी आणविक बादलों के ठंडे, सघन केंद्रों में, जहाँ तारे जन्म लेते हैं, ड्यूटीरियम वाले अणु इस अनुपात के हिसाब से अपेक्षा से कई कोटि (ऑर्डर ऑफ़ मैग्निट्यूड) ज़्यादा प्रचुर हो सकते हैं। इतने कम तापमान पर कुछ अहम अभिक्रियाएँ लगातार ड्यूटीरियम को अणुओं में पहुँचाती रहती हैं, और समय के साथ यह असर बढ़ता जाता है। इसलिए किसी अणु में ड्यूटीरियम की मात्रा यह संकेत दे सकती है कि वह कब और कहाँ बना।

सबसे आम जटिल अणु

तारे बनने वाले क्षेत्रों में मेथनॉल (CH₃OH) सबसे प्रचुर “जटिल कार्बनिक अणु” है — यानी छह या उससे ज़्यादा परमाणुओं वाले कार्बनयुक्त अणु। यह ज़्यादातर किसी तारे के प्रज्वलित होने से पहले के ठंडे दौर में धूल-कणों की बर्फ़ीली परतों में बनता है, और ज़्यादा जटिल अणुओं की ओर एक सीढ़ी है।

मेथनॉल में चार हाइड्रोजन परमाणु होते हैं: तीन उसके कार्बन वाले सिरे पर, एक ऑक्सीजन वाले सिरे पर। कार्बन की ओर एक, दो या तीन ड्यूटीरियम परमाणुओं वाले रूप पहले ही अंतरिक्ष में पकड़े जा चुके थे। पूरी तरह ड्यूटीरियमयुक्त रूप, CD₃OD, जिसमें चारों ड्यूटीरियम हैं, का अब तक सिर्फ़ संकेत भर मिला था। इसकी रेडियो पहचान के प्रयोगशाला-आधारित अनुमान 2023 से उपलब्ध हैं।

IRAS4A2 से दस रेखाएँ

बॉन स्थित मैक्स प्लांक रेडियो खगोलविज्ञान संस्थान के A. Belloche और यूरोप, अमेरिका व एशिया के उनके सहयोगियों ने COMPASS का इस्तेमाल किया — ALMA रेडियो टेलीस्कोप ऐरे के साथ किया गया एक बड़ा सर्वेक्षण, जिसमें “हॉट कोरिनो” वाले ग्यारह युवा, कम द्रव्यमान वाले तारे शामिल हैं। हॉट कोरिनो गर्म, सघन क्षेत्र होते हैं जहाँ बर्फ़ीले अणु भाप बनकर उड़ते हैं और रेडियो तरंगदैर्ध्यों पर चमकते हैं। उन्होंने IRAS4A2 पर ध्यान केंद्रित किया, जो 290 पारसेक दूर NGC 1333 बादल में तारों की एक जोड़ी में से एक है। यहीं किसी युवा तारे के आसपास पहली बार पूरी तरह ड्यूटीरियमयुक्त अमोनिया की पहचान भी हुई थी।

279 से 312 गीगाहर्ट्ज़ तक की आकाशीय आवृत्तियों को खँगालते हुए टीम ने लगभग 200 केल्विन तापमान पर मेथनॉल और उसके सभी रूपों के उत्सर्जन का मॉडल बनाया। हर वह मेथनॉल रूप दिखाई दिया जिसकी रेडियो “उँगलियों की छाप” सार्वजनिक है। इनमें शामिल है: CD₃OD, दस साफ़ पकड़ी गई रेखाओं के साथ। यह अंतरिक्ष में पूरी तरह ड्यूटीरियमयुक्त मेथनॉल की पहली पक्की पहचान है — और, जैसा लेखक बताते हैं, अंतरतारकीय माध्यम में चार ड्यूटीरियम परमाणुओं वाले किसी भी अणु की पहली पहचान। यह वहाँ के मेथनॉल का लगभग 10,000 में 4 हिस्सा है।

छिपता हुआ मेथनॉल

इसके साथ एक पहेली भी आई। अपने दुर्लभ कार्बन-13 और ऑक्सीजन-18 वाले रूपों की तुलना में सामान्य मेथनॉल बहुत कम लग रहा था — लगभग 7 से 11 गुना कम — जबकि दुर्लभ रूप आपस में तुलना करने पर ठीक बैठते थे। लेखकों का निष्कर्ष है कि सामान्य मेथनॉल की मात्रा शायद कम आँकी गई है, संभवतः इसलिए कि उसका उत्सर्जन किसी एकसार बादल के बजाय गुच्छों से आता है। इसलिए उन्होंने ड्यूटीरियम अनुपात निकालने के लिए दुर्लभ रूपों को विकल्प के तौर पर इस्तेमाल किया।

संयोग से कहीं ज़्यादा जमा होता ड्यूटीरियम

अगर ड्यूटीरियम एक निश्चित संभावना के साथ बस यादृच्छिक रूप से हाइड्रोजन की जगह लेता, तो हर रूप एक ही ड्यूटीरियम-हाइड्रोजन अनुपात की ओर इशारा करता। इसके बजाय, निकाला गया अनुपात ड्यूटीरियम परमाणुओं की संख्या के साथ बढ़ता है: एक ड्यूटीरियम वाले रूपों के लिए लगभग 1%, दो और तीन ड्यूटीरियम वाले रूपों के लिए 9 से 23%, और CD₃OD की CH₃OD से तुलना करने पर लगभग 41%। IRAS4A2 का यह पैटर्न एक और युवा तारे, BHR71-IRS1, के पैटर्न से लगभग हूबहू मिलता है, और अन्य कम द्रव्यमान वाले प्रोटोतारों से मिलता-जुलता है।

मॉडल भारी सिरे से चूक जाते हैं

टीम ने इन अनुपातों की तुलना पाँच प्रकाशित रासायनिक मॉडलों से की, जो बताते हैं कि मेथनॉल और उसके ड्यूटीरियमयुक्त रूप कैसे बनते हैं। ये सभी कई ड्यूटीरियम वाले रूपों को कम आँकते हैं, आम तौर पर एक से दो कोटि तक — और एक मॉडल में CD₃OD के लिए लगभग पाँच कोटि तक। लेखकों का फ़ैसला: मौजूदा मॉडलों में कोई ऐसा अहम घटक ग़ायब है जो भारी ड्यूटीरियमयुक्त मेथनॉल को बढ़ावा देता है।

इस पहचान से एक भविष्यवाणी भी निकलती है। बचे हुए दो रूप, CH₂DOD और CHD₂OD, जैसे ही प्रयोगशाला के स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट उनकी रेडियो पहचान उपलब्ध कराएँगे, IRAS4A2 में आसानी से दिख जाने चाहिए। ऊँचे कोणीय विभेदन (एंगुलर रिज़ॉल्यूशन) पर ज़्यादा बारीक़ नज़र यह भी बता सकती है कि मेथनॉल सचमुच गुच्छों में है या नहीं।