బరువైన మిథనాల్, ఎట్టకేలకు అంతరిక్షంలో

డ్యూటీరియం హైడ్రోజన్ యొక్క బరువైన ఐసోటోప్. మన పాలపుంతలో ప్రతి 1,00,000 హైడ్రోజన్ అణువులకు సుమారు 1.6 డ్యూటీరియం అణువులు ఉంటాయి. అయినా, నక్షత్రాలు పుట్టే అణు మేఘాల చల్లని, దట్టమైన కేంద్రాల్లో, డ్యూటీరియం కలిగిన అణువులు ఆ నిష్పత్తి సూచించే దానికంటే ఎన్నో రెట్లు (orders of magnitude) ఎక్కువగా ఉండవచ్చు. అంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల్లో, కొన్ని కీలక చర్యలు డ్యూటీరియంను నిలకడగా అణువుల్లోకి చేరుస్తాయి, కాలం గడిచే కొద్దీ ఆ ప్రభావం పెరుగుతుంది. కాబట్టి ఒక అణువులో ఉన్న డ్యూటీరియం పరిమాణం అది ఎప్పుడు, ఎక్కడ ఏర్పడిందో సూచించగలదు.

అత్యంత సాధారణ సంక్లిష్ట అణువు

నక్షత్రాలు ఏర్పడే ప్రాంతాల్లో అత్యధికంగా ఉండే “సంక్లిష్ట సేంద్రియ అణువు” మిథనాల్ (CH₃OH) — అంటే ఆరు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ అణువులున్న కార్బన్ కలిగిన అణువులు. నక్షత్రం వెలగడానికి ముందు చల్లని దశలో ఇది ఎక్కువగా ధూళి కణాలపై మంచు పూతల్లో ఏర్పడుతుంది, మరింత సంక్లిష్ట అణువుల వైపు ఇది ఒక మెట్టు.

మిథనాల్‌లో నాలుగు హైడ్రోజన్ అణువులు ఉంటాయి: మూడు కార్బన్ వైపు, ఒకటి ఆక్సిజన్ వైపు. కార్బన్ వైపు ఒకటి, రెండు లేదా మూడు డ్యూటీరియం అణువులున్న రూపాలను ఇప్పటికే అంతరిక్షంలో గుర్తించారు. నాలుగూ డ్యూటీరియమే అయిన పూర్తిగా డ్యూటరేటెడ్ రూపం, CD₃OD, సూచనలు మాత్రమే ఇచ్చింది. దాని రేడియో ముద్రపై ప్రయోగశాల అంచనాలు 2023 నుంచి ఉన్నాయి.

IRAS4A2 నుంచి పది రేఖలు

బాన్‌లోని మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ రేడియో ఆస్ట్రానమీకి చెందిన ఎ. బెల్లోష్ (A. Belloche), యూరప్, అమెరికా, ఆసియాలకు చెందిన సహచరులు COMPASSను వాడారు: “హాట్ కొరినోలు” ఉన్న పదకొండు యువ, తక్కువ ద్రవ్యరాశి నక్షత్రాలపై ALMA రేడియో టెలిస్కోప్ సముదాయంతో చేసిన పెద్ద సర్వే. హాట్ కొరినోలు అంటే మంచులో చిక్కుకున్న అణువులు ఆవిరై రేడియో తరంగదైర్ఘ్యాల్లో ప్రకాశించే వెచ్చని, చిన్న ప్రాంతాలు. వారు 290 పార్సెక్కుల దూరంలోని NGC 1333 మేఘంలో ఒక జంటలోని ఒక నక్షత్రమైన IRAS4A2పై దృష్టి పెట్టారు. యువ నక్షత్రం చుట్టూ పూర్తిగా డ్యూటరేటెడ్ అమ్మోనియాను మొదటిసారి గుర్తించింది కూడా ఇక్కడే.

279 నుంచి 312 గిగాహెర్ట్జ్ వరకు ఆకాశ పౌనఃపున్యాలను జల్లెడ పడుతూ, బృందం సుమారు 200 కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద మిథనాల్, దాని అన్ని రూపాంతరాల ఉద్గారాన్ని మోడల్ చేసింది. ప్రజలకు అందుబాటులో రేడియో వేలిముద్ర ఉన్న ప్రతి మిథనాల్ రూపాంతరమూ కనిపించింది. వాటిలో ఒకటి: CD₃OD, స్పష్టంగా గుర్తించిన పది రేఖలతో. పూర్తిగా డ్యూటరేటెడ్ మిథనాల్‌ను అంతరిక్షంలో దృఢంగా గుర్తించడం ఇదే మొదటిసారి — రచయితలు గుర్తుచేసినట్టు, నక్షత్రాంతర మాధ్యమంలో నాలుగు డ్యూటీరియం అణువులున్న ఏ అణువునైనా గుర్తించడం కూడా ఇదే మొదటిసారి. అక్కడి మిథనాల్‌లో ఇది సుమారు 10,000 భాగాల్లో 4 భాగాలు.

దాక్కునే మిథనాల్

దీంతోపాటు ఒక చిక్కుముడి వచ్చింది. అరుదైన కార్బన్-13, ఆక్సిజన్-18 రూపాలతో పోలిస్తే, సాధారణ మిథనాల్ చాలా తక్కువగా కనిపించింది — సుమారు 7 నుంచి 11 రెట్లు తక్కువ — అయితే అరుదైన రూపాలు ఒకదానితో ఒకటి పోలిస్తే సహేతుకంగా ఉన్నాయి. సాధారణ మిథనాల్ పరిమాణాన్ని బహుశా తక్కువగా అంచనా వేశారని రచయితలు తేల్చారు, బహుశా దాని ఉద్గారం సమమైన మేఘం నుంచి కాకుండా ముద్దల నుంచి వస్తుండటం వల్ల కావచ్చు. అందుకే డ్యూటీరియం నిష్పత్తులను లెక్కించడానికి వారు అరుదైన రూపాలను ప్రత్యామ్నాయంగా వాడారు.

యాదృచ్ఛికతకు మించి పోగయ్యే డ్యూటీరియం

డ్యూటీరియం ఒక స్థిర సంభావ్యతతో యాదృచ్ఛికంగా హైడ్రోజన్ స్థానాన్ని ఆక్రమిస్తే, ప్రతి రూపాంతరమూ ఒకే డ్యూటీరియం-హైడ్రోజన్ నిష్పత్తిని సూచించాలి. బదులుగా, అంచనా వేసిన నిష్పత్తి డ్యూటీరియం అణువుల సంఖ్యతో పాటు పెరుగుతుంది: ఒక్క డ్యూటీరియం ఉన్న రూపాలకు సుమారు 1%, రెండు, మూడు డ్యూటీరియంలున్న వాటికి 9 నుంచి 23%, CD₃ODను CH₃ODతో పోల్చినప్పుడు సుమారు 41%. IRAS4A2లోని ఈ సరళి BHR71-IRS1 అనే మరో యువ నక్షత్రపు సరళికి దాదాపు సమానం, ఇతర తక్కువ ద్రవ్యరాశి ప్రోటోస్టార్లతోనూ పోలి ఉంది.

బరువైన కొసను తప్పిపోయే మోడళ్లు

మిథనాల్, దాని డ్యూటరేటెడ్ రూపాలు ఎలా పోగవుతాయో వివరించే, ప్రచురితమైన ఐదు రసాయన మోడళ్లతో బృందం ఈ నిష్పత్తులను పోల్చింది. అవన్నీ అనేక డ్యూటీరియంలున్న రూపాలను తక్కువగా అంచనా వేస్తాయి, సాధారణంగా పది నుంచి వంద రెట్లు — ఒక మోడల్‌లో CD₃OD విషయంలో సుమారు లక్ష రెట్లు. రచయితల తీర్పు: ఎక్కువ డ్యూటరేటెడ్ మిథనాల్‌ను ప్రోత్సహించే ఒక కీలక అంశం ప్రస్తుత మోడళ్లలో లోపించింది.

ఈ గుర్తింపు ఒక అంచనాను కూడా ఇస్తుంది. మిగిలిన రెండు రూపాంతరాలు, CH₂DOD, CHD₂OD, ప్రయోగశాల వర్ణపట శాస్త్రవేత్తలు వాటి రేడియో ముద్రలను అందించిన వెంటనే IRAS4A2లో తేలిగ్గా కనిపించాలి. అధిక కోణీయ విభేదనంతో (angular resolution) మరింత స్పష్టంగా చూస్తే, మిథనాల్ నిజంగా ముద్దల్లో ఉందో లేదో కూడా తెలియవచ్చు.