METHANOLI NZITO, HATIMAYE YAPATIKANA ANGANI

Deuteriamu ni isotopu nzito ya hidrojeni. Katika galaksi yetu kuna takriban atomi 1.6 za deuteriamu kwa kila atomi 100,000 za hidrojeni. Hata hivyo, katika viini baridi na vizito vya mawingu ya molekuli, ambamo nyota huzaliwa, molekuli zenye deuteriamu zinaweza kuwa nyingi kwa ngazi kadhaa za ukubwa (orders of magnitude) kuliko uwiano huo unavyoashiria. Katika halijoto za chini hivyo, athari chache muhimu za kikemia huendelea kuelekeza deuteriamu ndani ya molekuli, na athari hiyo hukua kadiri muda unavyopita. Kwa hiyo kiasi cha deuteriamu katika molekuli kinaweza kudokeza ni lini na wapi iliundwa.

Molekuli changamano inayopatikana zaidi

Methanoli (CH₃OH) ndiyo “molekuli changamano ya kikaboni” — molekuli zenye kaboni za atomi sita au zaidi — inayopatikana kwa wingi zaidi katika maeneo ambamo nyota huundwa. Huundwa hasa katika magamba ya barafu ya chembe za vumbi wakati wa awamu baridi kabla nyota haijawaka, na ni hatua ya kuelekea molekuli changamano zaidi.

Methanoli ina atomi nne za hidrojeni: tatu upande wa kaboni, moja upande wa oksijeni. Matoleo yenye atomi moja, mbili au tatu za deuteriamu upande wa kaboni yalikuwa tayari yamegunduliwa angani. Umbo lenye deuteriamu kikamilifu, CD₃OD, ambamo zote nne ni deuteriamu, lilikuwa limedokezwa tu. Utabiri wa maabara wa alama yake ya redio umekuwepo tangu 2023.

Mistari kumi kutoka IRAS4A2

A. Belloche, wa Taasisi ya Max Planck ya Astronomia ya Redio huko Bonn, na wenzake kutoka Ulaya, Marekani na Asia walitumia COMPASS, utafiti mkubwa kwa mtandao wa darubini za redio ALMA wa nyota kumi na moja changa zenye uzito mdogo zilizo na “hot corinos” — maeneo madogo yenye joto ambamo molekuli za barafu huvukiza na kung’aa kwa mawimbi ya redio. Walijikita kwenye IRAS4A2, nyota moja ya jozi katika wingu NGC 1333, umbali wa parseki 290. Hapa pia ndipo amonia yenye deuteriamu kikamilifu ilipotambuliwa kwa mara ya kwanza kuzunguka nyota changa.

Wakipitia masafa ya anga kutoka gigaherzi 279 hadi 312, timu ilitengeneza modeli ya mionzi ya methanoli na matoleo yake yote kwa halijoto ya takriban kelvini 200. Kila toleo la methanoli lenye alama ya vidole ya redio iliyochapishwa lilijitokeza. Miongoni mwao: CD₃OD, ikiwa na mistari kumi iliyogunduliwa waziwazi. Ni ugunduzi wa kwanza thabiti wa methanoli yenye deuteriamu kikamilifu angani — na, waandishi wanabainisha, utambuzi wa kwanza wa molekuli yoyote yenye atomi nne za deuteriamu katika anga kati ya nyota. Inafikia takriban sehemu 4 kwa 10,000 za methanoli iliyoko huko.

Methanoli inayojificha

Fumbo lilikuja pamoja nalo. Ikilinganishwa na matoleo yake adimu ya kaboni-13 na oksijeni-18, methanoli ya kawaida ilionekana kuwa chache mno — takriban mara 7 hadi 11 pungufu — ilhali matoleo adimu yalilingana kwa busara yenyewe kwa yenyewe. Waandishi wanahitimisha kuwa kiasi cha methanoli ya kawaida huenda kinakadiriwa chini kuliko kilivyo, labda kwa sababu mionzi yake hutoka kwenye mabonge badala ya wingu laini. Kwa hiyo walitumia matoleo adimu kama mbadala kukokotoa uwiano wa deuteriamu.

Deuteriamu hujilimbikiza kupita bahati nasibu

Ikiwa deuteriamu ingechukua nafasi ya hidrojeni kwa nasibu tu kwa uwezekano usiobadilika, kila toleo lingeelekeza kwenye uwiano ule ule wa deuteriamu kwa hidrojeni. Badala yake, uwiano unaokisiwa hupanda pamoja na idadi ya atomi za deuteriamu: takriban 1% kwa maumbo yenye deuteriamu moja, 9 hadi 23% kwa yale yenye mbili na tatu, na karibu 41% ukilinganisha CD₃OD na CH₃OD. Mtindo huu katika IRAS4A2 unakaribia kufanana kabisa na ule wa nyota nyingine changa, BHR71-IRS1, na unafanana na nyota-chipukizi (protostars) nyingine zenye uzito mdogo.

Modeli zinakosa upande mzito

Timu ililinganisha uwiano huu na modeli tano za kikemia zilizochapishwa kuhusu jinsi methanoli na maumbo yake yenye deuteriamu yanavyojengeka. Zote zinakadiria chini maumbo yenye deuteriamu nyingi, kwa kawaida kwa mara kumi hadi mia — na, kwa CD₃OD katika modeli moja, kwa takriban mara laki moja. Hukumu ya waandishi: kiungo muhimu kinachochochea methanoli yenye deuteriamu nyingi kinakosekana katika modeli za sasa.

Ugunduzi huu pia unatoa utabiri. Matoleo mawili yaliyobaki, CH₂DOD na CHD₂OD, yanapaswa kuwa rahisi kuonekana katika IRAS4A2 mara tu wataalamu wa spektroskopia wa maabara watakapotoa alama zao za redio. Uchunguzi makini zaidi kwa ubainifu wa juu wa pembe (angular resolution) unaweza pia kufichua kama methanoli kweli iko kwenye mabonge.