Fuldt deutereret metanol fundet i rummet for første gang

Derfor er denne metanol tung

Metanol, CH₃OH, er den simpleste alkohol. I molekylet er et kulstofatom bundet til tre brintatomer og til et iltatom, som bærer det fjerde. Deuterium er brint, hvis atomkerne rummer en neutron ud over protonen. Det har derfor dobbelt så stor masse, men danner de samme molekyler. Udgaver af et molekyle, der kun adskiller sig ved deres isotoper, kaldes isotopologer.

Fire delvist deutererede former af metanol med ét, to eller tre deuteriumatomer var allerede kendt (et enkelt deuteriumatom kan sidde på kulstofatomet eller på iltatomet). Tidligere undersøgelser havde kun fundet usikre spor af den fuldt deutererede form. Nu melder et hold under ledelse af Arnaud Belloche fra Max Planck-instituttet for radioastronomi om den første sikre påvisning af CD₃OD. Det er også det første molekyle med fire deuteriumatomer, der er fundet i det interstellare rum.

Det overraskende er mængden. I Mælkevejen går der kun omkring 1,6 deuteriumatomer på hver 100.000 brintatomer. Var deuterium fordelt tilfældigt, ville der være under ét fuldt deutereret molekyle for hver ti milliarder milliarder almindelige metanolmolekyler. Omkring IRAS 4A2 målte holdet cirka fire CD₃OD-molekyler for hver 10.000.

Sådan genkender ALMA et molekyle uden at se det

Molekyler i varm gas roterer, men kun med bestemte, faste hastigheder. Hver gang et molekyle skifter til en langsommere rotation, udsender det en radiobølge med én helt bestemt frekvens. Tungere atomer ændrer den måde, molekylet roterer på, så hver isotopolog har sit eget sæt frekvenser — et fingeraftryk, som først skal måles i laboratoriet. For CD₃OD blev det arbejde offentliggjort i 2023.

Observationerne stammer fra COMPASS, et stort ALMA-program, der undersøgte 11 unge, sollignende protostjerner — stjerner, som stadig er ved at blive dannet — ved frekvenser fra 279,0 til 311,7 GHz (bølgelængder på omkring en millimeter). ALMA kan skelne detaljer inden for omkring 100 astronomiske enheder (AU) fra hver protostjerne, altså 100 gange afstanden mellem Jorden og Solen. Området er på størrelse med et planetsystem. Ved IRAS 4A2 var ti spektrallinjer fra CD₃OD stærke og overlappede ikke nævneværdigt med linjer fra andre molekyler, og det gør identifikationen sikker.

En anden COMPASS-undersøgelse fandt i 7 af de 11 protostjerner en metanollinje ved 302,9 GHz, som gassen selv forstærker, på samme måde som lyset forstærkes i en laser. Det kaldes en maser. Seks af de syv protostjerner er på det tidligste stadium, klasse 0; i den syvende skyldes maseren sandsynligvis udstrømningen fra en nabostjerne med større masse.

Derfor betyder kemien noget for planeter og kometer

Metanol dannes i belægninger af is på støvkorn, når brintatomer ét efter ét sætter sig på frossen kulilte i den kolde fase, før protostjernen opstår. Ved så lave temperaturer gør deuteriums ekstra masse, at det vinder frem i visse reaktioner, så molekylerne får langt mere deuterium, end dets forekomst i universet skulle tilsige. Metanolens indhold af deuterium fortæller derfor, hvordan isen blev dannet. Når den unge stjerne varmer sine omgivelser op, bliver isen til gas — ved IRAS 4A2 har gassen en temperatur på omkring 200 kelvin (−73 °C) — og så kan ALMA måle den.

Modellerne for denne kemi slår ikke til: for formerne med to eller tre deuteriumatomer forudsiger de mængder, der er ti til hundrede gange mindre end de observerede, og CD₃OD gør uoverensstemmelsen endnu større. Forfatternes bud er, at modellerne mangler en afgørende brik.

Kometerne forbinder denne kemi med Solsystemet. Da ALMA-observationer af et andet ungt system, IRAS 16293-2422, blev holdt op mod rumsonden Rosettas målinger ved kometen 67P/Tjurjumov-Gerasimenko, hang de relative mængder af mange molekyler sammen, om end med en vis spredning. Det tyder på, at en del af isen i kometer og andre af planeternes byggesten er arvet fra det stadium, som IRAS 4A2 befinder sig i nu.

Hvor du skal kigge, og hvad du kan se

IRAS 4A2 ligger i den sydlige del af NGC 1333, en ung stjernehob i Perseus, som er indhyllet i en refleksionståge — støv, der lyses op af stjerner i nærheden. Positionen er rektascension 3h 29m, deklination +31° 14′, og afstanden er omkring 950 lysår (290 parsec). Midt i november står hoben modsat Solen på himlen og højest midt om natten, og fra december til februar er den godt placeret på aftenhimlen. Syd for omkring 59° sydlig bredde kommer den aldrig over horisonten, og på 35° sydlig bredde når den kun omkring 24° op over horisonten i nord.

Protostjernen kan ikke ses i amatørteleskoper, for den ligger skjult i den gas og det støv, som den er ved at blive dannet af; dens metanol viser sig kun i spektre ved millimeterbølgelængder. Der ser ikke ud til at være offentliggjort nogen pålidelig måling af den omgivende tåges visuelle lysstyrke.