கனமான மெத்தனால், இறுதியாக விண்வெளியில் கண்டுபிடிப்பு

டியூட்டீரியம் என்பது ஹைட்ரஜனின் கனமான ஐசோடோப்பு. நம் விண்மீன் மண்டலத்தில் ஒவ்வொரு 1,00,000 ஹைட்ரஜன் அணுக்களுக்கும் சுமார் 1.6 டியூட்டீரியம் அணுக்கள் உள்ளன. ஆனாலும், விண்மீன்கள் பிறக்கும் மூலக்கூறு மேகங்களின் குளிர்ந்த, அடர்த்தியான கருப்பகுதிகளில், டியூட்டீரியம் கொண்ட மூலக்கூறுகள் அந்த விகிதம் சுட்டுவதை விட பல பருமன் வரிசைகள் (orders of magnitude) அதிகமாக இருக்கலாம். இவ்வளவு குறைந்த வெப்பநிலையில், சில முக்கிய வினைகள் டியூட்டீரியத்தைத் தொடர்ந்து மூலக்கூறுகளுக்குள் செலுத்துகின்றன; காலப்போக்கில் இந்த விளைவு வளர்கிறது. எனவே ஒரு மூலக்கூறில் உள்ள டியூட்டீரியத்தின் அளவு, அது எப்போது, எங்கே உருவானது என்பதற்கான குறிப்பைத் தரக்கூடும்.

மிகப் பொதுவான சிக்கலான மூலக்கூறு

மெத்தனால் (CH₃OH), விண்மீன்கள் உருவாகும் பகுதிகளில் மிக அதிகமாகக் காணப்படும் “சிக்கலான கரிம மூலக்கூறு” (complex organic molecule) — ஆறு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அணுக்கள் கொண்ட கார்பன் மூலக்கூறுகள். ஒரு விண்மீன் ஒளிர்வதற்கு முந்தைய குளிர்ந்த கட்டத்தில், இது பெரும்பாலும் தூசித் துகள்களின் பனிப் பூச்சுகளில் உருவாகிறது; இன்னும் சிக்கலான மூலக்கூறுகளை நோக்கிய ஒரு படிக்கல்லாகவும் இருக்கிறது.

மெத்தனாலுக்கு நான்கு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் உள்ளன: மூன்று அதன் கார்பன் முனையில், ஒன்று ஆக்சிஜன் முனையில். கார்பன் பக்கத்தில் ஒன்று, இரண்டு அல்லது மூன்று டியூட்டீரியம் அணுக்களுடன் கூடிய வடிவங்கள் ஏற்கனவே விண்வெளியில் கண்டறியப்பட்டிருந்தன. நான்கும் டியூட்டீரியமாக உள்ள முழுமையாக டியூட்டீரியமேற்றப்பட்ட (fully deuterated) வடிவமான CD₃OD பற்றி வெறும் குறிப்புகள் மட்டுமே இருந்தன. அதன் வானொலி அடையாளம் குறித்த ஆய்வகக் கணிப்புகள் 2023 முதல் உள்ளன.

IRAS4A2-இலிருந்து பத்துக் கோடுகள்

பான் நகரில் உள்ள மாக்ஸ் பிளாங்க் வானொலி வானியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த ஏ. பெலோஷ் (A. Belloche) மற்றும் ஐரோப்பா, அமெரிக்கா, ஆசியாவைச் சேர்ந்த சக ஆய்வாளர்கள் COMPASS-ஐப் பயன்படுத்தினர்; இது “வெப்பக் கொரினோக்கள்” (hot corinos) — பனி மூலக்கூறுகள் ஆவியாகி வானொலி அலைநீளங்களில் ஒளிரும் வெதுவெதுப்பான, சிறிய பகுதிகள் — கொண்ட பதினொரு இளம், குறைந்த நிறை விண்மீன்களை ALMA வானொலித் தொலைநோக்கி வரிசையைக் கொண்டு ஆய்வு செய்யும் ஒரு பெரிய ஆய்வு. அவர்கள் 290 பார்செக் தொலைவில் உள்ள NGC 1333 மேகத்தில் ஓர் இணையின் ஒரு விண்மீனான IRAS4A2 மீது கவனம் செலுத்தினர். ஓர் இளம் விண்மீனைச் சுற்றி முழுமையாக டியூட்டீரியமேற்றப்பட்ட அம்மோனியா முதன்முதலில் அடையாளம் காணப்பட்டதும் இங்கேதான்.

279 முதல் 312 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் வரையிலான வான அதிர்வெண்களை வருடி, குழுவினர் சுமார் 200 கெல்வின் வெப்பநிலையில் மெத்தனாலும் அதன் அனைத்து வகைகளும் வெளியிடும் உமிழ்வை மாதிரியாக்கினர். பொதுவில் அறியப்பட்ட வானொலி அடையாளம் கொண்ட ஒவ்வொரு மெத்தனால் வகையும் தென்பட்டது. அவற்றுள்: தெளிவாகக் கண்டறியப்பட்ட பத்துக் கோடுகளுடன் CD₃OD. விண்வெளியில் முழுமையாக டியூட்டீரியமேற்றப்பட்ட மெத்தனாலின் முதல் உறுதியான கண்டறிதல் இது — மேலும், ஆசிரியர்கள் குறிப்பிடுவது போல, விண்மீன்களுக்கு இடையிலான ஊடகத்தில் நான்கு டியூட்டீரியம் அணுக்கள் கொண்ட எந்த மூலக்கூறுக்குமான முதல் அடையாளமும் இதுவே. அங்குள்ள மெத்தனாலில் இது தோராயமாக 10,000-இல் 4 பங்கு.

ஒளிந்துகொள்ளும் மெத்தனால்

இதனுடன் ஒரு புதிரும் வந்தது. அரிதான கார்பன்-13, ஆக்சிஜன்-18 வடிவங்களுடன் ஒப்பிடுகையில், சாதாரண மெத்தனால் மிகவும் குறைவாகத் தோன்றியது — இருக்க வேண்டியதை விடச் சுமார் 7 முதல் 11 மடங்கு குறைவு — அதே நேரம் அரிய வடிவங்கள் தங்களுக்குள் பொருத்தமாக ஒத்துப்போயின. சாதாரண மெத்தனாலின் அளவு குறைத்து மதிப்பிடப்பட்டிருக்கலாம் என்று ஆசிரியர்கள் முடிவு செய்கின்றனர்; ஒருவேளை அதன் உமிழ்வு சீரான மேகத்திலிருந்து அல்லாமல் கொத்துகளிலிருந்து வருவதால் இருக்கலாம். எனவே டியூட்டீரிய விகிதங்களைக் கணக்கிட அவர்கள் அரிய வடிவங்களை மாற்றாகப் பயன்படுத்தினர்.

தற்செயலுக்கு அப்பால் குவியும் டியூட்டீரியம்

ஒரு நிலையான நிகழ்தகவுடன் டியூட்டீரியம் ஹைட்ரஜனைச் சீரற்ற முறையில் மாற்றீடு செய்திருந்தால், ஒவ்வொரு வகையும் ஒரே டியூட்டீரியம்–ஹைட்ரஜன் விகிதத்தையே சுட்டியிருக்கும். மாறாக, கணிக்கப்பட்ட விகிதம் டியூட்டீரியம் அணுக்களின் எண்ணிக்கையுடன் சேர்ந்து ஏறுகிறது: ஒற்றை டியூட்டீரியம் வடிவங்களுக்குச் சுமார் 1%, இரட்டை, மூன்று டியூட்டீரியம் வடிவங்களுக்கு 9 முதல் 23%, CD₃OD-ஐ CH₃OD-உடன் ஒப்பிடும்போது சுமார் 41%. IRAS4A2-இல் காணப்படும் இந்த வடிவம், மற்றோர் இளம் விண்மீனான BHR71-IRS1-இன் வடிவத்துடன் கிட்டத்தட்ட ஒத்திருக்கிறது; பிற குறைந்த நிறை முன்விண்மீன்களை (protostars) ஒத்தும் இருக்கிறது.

கனமான முனையைத் தவறவிடும் மாதிரிகள்

மெத்தனாலும் அதன் டியூட்டீரிய வடிவங்களும் எப்படி உருவாகின்றன என்பது குறித்து வெளியிடப்பட்ட ஐந்து வேதியியல் மாதிரிகளுடன் குழுவினர் இந்த விகிதங்களை ஒப்பிட்டனர். அனைத்தும் பல டியூட்டீரியம் கொண்ட வடிவங்களைக் குறைத்து மதிப்பிடுகின்றன, பொதுவாக ஒன்று முதல் இரண்டு பருமன் வரிசைகள் — ஒரு மாதிரியில் CD₃OD-க்குச் சுமார் ஐந்து பருமன் வரிசைகள். ஆசிரியர்களின் தீர்ப்பு: அதிக டியூட்டீரியம் கொண்ட மெத்தனாலை ஊக்குவிக்கும் ஒரு முக்கியக் கூறு தற்போதைய மாதிரிகளில் விடுபட்டுள்ளது.

இந்தக் கண்டறிதல் ஒரு கணிப்பையும் முன்வைக்கிறது. எஞ்சியுள்ள இரண்டு வகைகளான CH₂DOD, CHD₂OD ஆகியவற்றின் வானொலி அடையாளங்களை ஆய்வக நிறமாலையியலாளர்கள் வழங்கியவுடன், அவற்றை IRAS4A2-இல் எளிதாகக் கண்டுகொள்ள முடியும். அதிகக் கோணப் பிரிதிறனுடன் (angular resolution) கூர்மையாகப் பார்த்தால், மெத்தனால் உண்மையிலேயே கொத்துகளில் இருக்கிறதா என்பதும் தெரியவரலாம்.