जड मिथेनॉल अखेर अवकाशात सापडले

ड्युटेरियम हा हायड्रोजनचा जड समस्थानिक आहे. आपल्या आकाशगंगेत प्रत्येक 1,00,000 हायड्रोजन अणूंमागे सुमारे 1.6 ड्युटेरियम अणू असतात. तरीही, जिथे तारे जन्मतात अशा रेणवीय ढगांच्या थंड, दाट गाभ्यांमध्ये, ड्युटेरियम असलेले रेणू या गुणोत्तरावरून अपेक्षित प्रमाणापेक्षा कितीतरी पटींनी (orders of magnitude) जास्त असू शकतात. एवढ्या कमी तापमानात काही महत्त्वाच्या अभिक्रिया ड्युटेरियम सातत्याने रेणूंमध्ये वळवतात, आणि हा परिणाम कालांतराने वाढत जातो. त्यामुळे एखाद्या रेणूतील ड्युटेरियमचे प्रमाण तो केव्हा आणि कुठे तयार झाला याचा सुगावा देऊ शकते.

सर्वात सामान्य गुंतागुंतीचा रेणू

तारे जिथे तयार होतात अशा प्रदेशांमध्ये मिथेनॉल (CH₃OH) हा सर्वाधिक प्रमाणात आढळणारा “गुंतागुंतीचा सेंद्रिय रेणू” आहे — म्हणजे सहा किंवा अधिक अणू असलेले कार्बनयुक्त रेणू. तारा पेटण्यापूर्वीच्या थंड टप्प्यात तो मुख्यतः धूलिकणांवरील बर्फाळ आवरणांमध्ये तयार होतो, आणि अधिक गुंतागुंतीच्या रेणूंकडे जाण्याची ती एक पायरी असते.

मिथेनॉलमध्ये चार हायड्रोजन अणू असतात: तीन कार्बनच्या टोकाला, एक ऑक्सिजनच्या टोकाला. कार्बनच्या बाजूला एक, दोन किंवा तीन ड्युटेरियम अणू असलेली रूपे आधीच अवकाशात आढळली होती. चारही ड्युटेरियम असलेल्या पूर्णपणे ड्युटेरेटेड रूपाचे, CD₃OD चे, आतापर्यंत फक्त संकेत मिळाले होते. त्याच्या रेडिओ ठशाची प्रयोगशाळेतील भाकिते 2023 पासून उपलब्ध आहेत.

IRAS4A2 मधून दहा रेषा

बॉन येथील मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूट फॉर रेडिओ ॲस्ट्रॉनॉमीचे ए. बेलोश (A. Belloche) आणि युरोप, अमेरिका व आशियातील सहकाऱ्यांनी COMPASS वापरले: ALMA रेडिओ दुर्बीण-समूहाद्वारे “हॉट कॉरिनो” असलेल्या अकरा तरुण, कमी वस्तुमानाच्या ताऱ्यांचे एक मोठे सर्वेक्षण. हॉट कॉरिनो म्हणजे उबदार, संक्षिप्त प्रदेश जिथे बर्फात अडकलेले रेणू बाष्पीभवन होऊन रेडिओ तरंगलांबींवर चमकतात. त्यांनी 290 पार्सेक दूरच्या NGC 1333 ढगातील एका ताऱ्यांच्या जोडीतील एक तारा, IRAS4A2, यावर लक्ष केंद्रित केले. तरुण ताऱ्याभोवती पूर्णपणे ड्युटेरेटेड अमोनिया पहिल्यांदा ओळखला गेला तो इथेच.

279 ते 312 गिगाहर्ट्झ वारंवारता पिंजून काढत, संघाने सुमारे 200 केल्व्हिन तापमानावर मिथेनॉल आणि त्याच्या सर्व रूपांच्या उत्सर्जनाचे प्रारूप तयार केले. ज्यांचा रेडिओ ठसा सार्वजनिक आहे अशी मिथेनॉलची प्रत्येक रूपे आढळली. त्यांपैकी एक: CD₃OD, दहा स्पष्टपणे आढळलेल्या रेषांसह. पूर्णपणे ड्युटेरेटेड मिथेनॉलचा अवकाशातील हा पहिला ठोस शोध आहे — आणि, लेखक नमूद करतात, आंतरतारकीय माध्यमात चार ड्युटेरियम अणू असलेल्या कोणत्याही रेणूची ही पहिली ओळख आहे. तेथील मिथेनॉलच्या सुमारे 10,000 भागांमध्ये 4 भाग इतके ते आहे.

लपणारे मिथेनॉल

याबरोबर एक कोडेही आले. कार्बन-13 आणि ऑक्सिजन-18 असलेल्या दुर्मीळ रूपांच्या तुलनेत, सामान्य मिथेनॉल फारच कमी वाटत होते — सुमारे 7 ते 11 पट कमी — तर दुर्मीळ रूपे एकमेकांशी तुलना करता सुसंगत होती. लेखकांचा निष्कर्ष असा की सामान्य मिथेनॉलचे प्रमाण बहुधा कमी लेखले गेले आहे, कदाचित त्याचे उत्सर्जन एकसंध ढगातून न येता गुठळ्यांमधून येत असल्याने. म्हणून ड्युटेरियम गुणोत्तरे काढण्यासाठी त्यांनी दुर्मीळ रूपांचा पर्याय म्हणून वापर केला.

योगायोगापलीकडे साचणारे ड्युटेरियम

जर ड्युटेरियम एका निश्चित संभाव्यतेने केवळ यादृच्छिकपणे हायड्रोजनची जागा घेत असता, तर प्रत्येक रूपातून ड्युटेरियम-हायड्रोजनचे एकच गुणोत्तर मिळाले असते. त्याऐवजी, अनुमानित गुणोत्तर ड्युटेरियम अणूंच्या संख्येबरोबर वाढत जाते: एक ड्युटेरियम असलेल्या रूपांसाठी सुमारे 1%, दोन आणि तीन ड्युटेरियम असलेल्यांसाठी 9 ते 23%, आणि CD₃OD ची CH₃OD शी तुलना करताना सुमारे 41%. IRAS4A2 मधील हा आकृतिबंध BHR71-IRS1 या दुसऱ्या तरुण ताऱ्याच्या आकृतिबंधाशी जवळजवळ सारखा आहे, आणि इतर कमी वस्तुमानाच्या आदिताऱ्यांशी (protostars) मिळताजुळता आहे.

जड टोक चुकवणारी मॉडेल

मिथेनॉल आणि त्याची ड्युटेरेटेड रूपे कशी जमा होतात याबद्दलच्या पाच प्रकाशित रासायनिक मॉडेलशी संघाने ही गुणोत्तरे ताडून पाहिली. ती सर्व अनेक ड्युटेरियम असलेल्या रूपांचे प्रमाण कमी लेखतात, साधारणपणे दहा ते शंभर पटींनी — आणि एका मॉडेलमध्ये CD₃OD साठी सुमारे एक लाख पटींनी. लेखकांचा निकाल: जड ड्युटेरेटेड मिथेनॉलला चालना देणारा एक महत्त्वाचा घटक सध्याच्या मॉडेलमधून गहाळ आहे.

हा शोध एक भाकीतही करतो. उरलेली दोन रूपे, CH₂DOD आणि CHD₂OD, प्रयोगशाळेतील वर्णपटशास्त्रज्ञांनी त्यांचे रेडिओ ठसे उपलब्ध करून दिल्याबरोबर IRAS4A2 मध्ये सहज दिसायला हवीत. अधिक कोनीय विभेदनाने (angular resolution) बारकाईने पाहिल्यास मिथेनॉल खरोखर गुठळ्यांमध्ये आहे का, हेही उघड होऊ शकेल.