SkyFlux
Täielikult deutereeritud metanool leiti esimest korda kosmosest
Avaldatud · Uuendatud
Tšiilis asuva raadioteleskoopide võrgu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) abil on astronoomid leidnud metanooli, mille molekulis on kõik vesinikuaatomid asendunud deuteeriumiga. Sellisel kujul on metanool tähtedevahelises ruumis kindlalt tuvastatud esimest korda. CD₃OD leiti Perseuse molekulipilvest prototähe IRAS 4A2 ümbrusest ning seda ainet on seal rohkem, kui praegused keemilised mudelid suudavad seletada.
Miks see metanool on raske
Metanool ehk metüülalkohol (CH₃OH) on kõige lihtsam alkohol. Selle molekulis on süsinikuaatomi küljes kolm vesinikuaatomit ning süsinikuga seotud hapnikuaatomi küljes neljas. Deuteerium on raske vesinik ehk vesiniku isotoop, mille aatomituumas on prootoni kõrval ka neutron: see on tavalisest vesinikust kaks korda raskem, kuid moodustab samasuguseid molekule. Sama aine molekule, mis erinevad üksteisest ainult isotoopide poolest, nimetatakse isotopoloogideks.
Varem oli teada neli osaliselt deutereeritud metanooli vormi, milles on üks, kaks või kolm deuteeriumiaatomit (üksik deuteeriumiaatom võib olla kas süsiniku või hapniku küljes). Täielikult deutereeritud vormist oli varasemates uuringutes leitud vaid ebakindlaid märke. Nüüd on Max Plancki raadioastronoomia instituudi teadlase Arnaud Belloche’i juhitud töörühm CD₃OD kindlalt tuvastanud. Ühtlasi on see esimene tähtedevahelisest ruumist leitud molekul, milles on neli deuteeriumiaatomit.
Üllatav on selle aine hulk. Linnuteel on 100 000 vesinikuaatomi kohta ainult umbes 1,6 deuteeriumiaatomit. Kui deuteerium jaguneks molekulide vahel juhuslikult, tuleks üks täielikult deutereeritud molekul enam kui 10¹⁹ tavalise metanooli molekuli kohta. IRAS 4A2 ümber leidis töörühm aga umbes neli CD₃OD-molekuli iga 10 000 tavalise metanooli molekuli kohta.
Kuidas ALMA tunneb ära molekuli, mida näha ei saa
Soojas gaasis molekulid pöörlevad, kuid ainult kindlate kiirustega. Kui molekul läheb üle aeglasemale lubatud pöörlemiskiirusele, kiirgab see täpselt kindla sagedusega raadiolainet. Raskemad aatomid muudavad molekuli pöörlemist, nii et igal isotopoloogil on oma spektrijoonte muster, justkui sõrmejälg. See muster tuleb kõigepealt laboris ära mõõta; CD₃OD oma mõõdeti ja tulemused avaldati 2023. aastal.
Vaatlused tehti ALMA suurprogrammi COMPASS raames. Programmis uuriti 11 prototähte sagedusvahemikus 279,0–311,7 GHz (lainepikkus umbes üks millimeeter). Prototähed on alles tekkimas ja neist kujunevad kunagi Päikesega sarnased tähed. ALMA näeb detaile iga prototähe lähiümbruses, umbes 100 astronoomilise ühiku raadiuses (astronoomiline ühik on Maa ja Päikese keskmine vahekaugus) — see on planeedisüsteemi suurune piirkond. IRAS 4A2 suunas leiti kümme tugevat CD₃OD-spektrijoont, mis teiste molekulide joontega oluliselt ei kattu, nii et tuvastus on kindel.
Teises COMPASS-i uuringus leiti 11 prototähest seitsme juures tavalise metanooli spektrijoon sagedusel 302,9 GHz. Seda kiirgust võimendab gaas ise, samamoodi nagu laseris võimendub valgus; sellist looduslikku kiirgusvõimendit nimetatakse maseriks. Kuus neist prototähtedest kuulub kõige varasemasse arengujärku, mida astronoomid nimetavad klassiks 0; seitsmenda juures käivitab maseri arvatavasti suurema massiga naabertähest lähtuv gaasivool.
Mida see leid ütleb planeetide ja komeetide kohta
Metanool tekib tolmuterade jääkattes: külmas arengujärgus, enne kui prototäht on tekkinud, liituvad vesinikuaatomid ükshaaval jääs olevate süsinikmonooksiidi molekulidega. Nii madalal temperatuuril kallutab deuteeriumi suurem mass mõne reaktsiooni tema kasuks, nii et molekulidesse koguneb seda palju rohkem, kui selle üldise hulga põhjal võiks oodata. Metanooli deuteeriumisisaldus peegeldab seega jää tekketingimusi. Kui noor täht oma ümbrust soojendab, muutub jää gaasiks — IRAS 4A2 ümber on selle gaasi temperatuur umbes 200 kelvinit (−73 °C) — ja siis saab ALMA seda mõõta.
Praegused keemilised mudelid ei suuda vaatlustulemusi seletada: mudelite järgi peaks kahe või kolme deuteeriumiaatomiga vorme olema kümme kuni sada korda vähem, kui vaatlustes leitakse, ja CD₃OD puhul on lahknevus veelgi suurem. Autorite arvates puudub mudelitest mõni oluline tegur.
Nende protsesside ja meie Päikesesüsteemi vahel on lüliks komeedid. ALMA on vaadelnud ka üht teist noort süsteemi, IRAS 16293-2422. Kui neid andmeid võrreldi kosmosesondi Rosetta mõõtmistega komeedi 67P/Tšurjumov-Gerassimenko juures, selgus, et paljude molekulide suhtelised hulgad prototähe ümbruses ja komeedis on omavahel seotud: mida rohkem on mõnda molekuli ühes, seda rohkem on seda üldiselt ka teises, ehkki mõningase hajuvusega. See viitab sellele, et osa komeetides ja muus planeetide ehitusmaterjalis leiduvast jääst pärineb just sellest arengujärgust, milles IRAS 4A2 praegu on.
Kus IRAS 4A2 taevas asub ja mida on näha
IRAS 4A2 asub täheparve NGC 1333 lõunaservas. NGC 1333 on noor täheparv Perseuse tähtkujus ja seda ümbritseb peegeludu — tolm, mida lähedased tähed valgustavad. IRAS 4A2 otsetõus on 3 h 29 min ja deklinatsioon +31° 14′; kaugus meist on umbes 950 valgusaastat (290 parsekit). Novembri keskel on parv taevas Päikese vastas ja kõige kõrgemal keset ööd; detsembrist veebruarini on see õhtuti vaatlemiseks soodsas asendis. Eestis on Perseus sügis- ja talveöödel kõrgel taevas. Umbes 59° lõunalaiusest lõuna pool ei tõuse NGC 1333 üldse horisondi kohale ja 35° lõunalaiuselt vaadates jõuab see põhjataevas kõige rohkem umbes 24° kõrgusele.
Prototäht ise jääb harrastusteleskoobile nähtamatuks, sest on mattunud gaasi- ja tolmupilve, millest ta tekib. Metanooli saab tuvastada ainult selle spektrijoonte järgi millimeeterlainealas. Kui hele on ümbritsev udu silmaga vaadates, selle kohta pole teadaolevalt usaldusväärset mõõtmist avaldatud.
Allikad ja litsentsid
- Belloche, Spezzano, Coutens jt, Astronomy & Astrophysics 714, A55 (2026), COMPASS VII. First interstellar detection of fully deuterated methanol — CD₃OD esimene kindel tuvastus tähtedevahelises ruumis IRAS 4A2 suunas, esimene neljakordselt deutereeritud tähtedevaheline molekul, varem tuvastatud deutereeritud isotopoloogid, kümme selgelt tuvastatud CD₃OD joont (neist kaks osaliselt kattuvad, ptk 3.2), vaatlusvahemik 279,0–311,7 GHz, kaugus 290 pc, pöörlemistemperatuur umbes 200 K, CD₃OD/CH₃OH umbes 4 × 10⁻⁴, Galaktika D/H umbes 1,6 × 10⁻⁵, metanooli teke CO hüdrogeenimisel terade jääs, mudelid jäävad maha üks kuni kaks suurusjärku, puuduv protsess, spektroskoopia CDMS-ist (Ilyushin jt 2023). Avatud juurdepääs, CC BY 4.0. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202659642 (arXiv: https://arxiv.org/abs/2610.07279)
- ALMA pressiteade, 7. oktoober 2026 — Suurprogramm COMPASS, 11 noort Päikesega sarnast tähte, üle 100 vaatlustunni ja seitse artiklit ajakirjas A&A. https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/cosmic-cocktail-alma-reveals-exotic-methanol-around-young-stars/
- Max Plancki raadioastronoomia instituudi pressiteade, 7. oktoober 2026 (saksa keeles) — Metanool kui lähtepunkt suurematele molekulidele jäistel teradel, gaasi vabanemine, kui täht oma ümbrust soojendab, tuvastamata jooned, mis võivad pärineda CH₂DOD-st ja CHD₂OD-st, laboritöö käib. https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2026/erster-nachweis-von-schwerem-methanol-im-weltraum?c=8727
- Jeong, Lee, Jørgensen jt, Astronomy & Astrophysics 714, A54 (2026), COMPASS VI — I klassi metanoolimaser sagedusel 302,913 GHz 7 allikas 11-st; HOPS 108 maserit käivitab arvatavasti keskmise massiga prototähe HOPS 370 väljavool; ilma selleta 6 madala massiga prototähte 10-st, kõik 0. klassi. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558734
- Jørgensen, Coutens, Drozdovskaya jt, Astronomy & Astrophysics 714, A49 (2026), COMPASS I. Overview — 11 rikkaliku joonespektriga 0. ja I klassi Päikese tüüpi prototähte, 279,0–311,7 GHz, iga allika ümber sisemised umbes 100 astronoomilist ühikut. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558725
- Drozdovskaya jt, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 490, 50–79 (2019) — Prototähe IRAS 16293-2422 B molekulide suhtelised hulgad korreleeruvad Rosetta mõõdetud komeedi 67P omadega; komeetide lenduvad ained on osaliselt päritud. https://doi.org/10.1093/mnras/stz2430 (arXiv: https://arxiv.org/abs/1908.11290)
- SIMBAD, [JCC87] IRAS 4A2 ja NGC 1333 — IRAS 4A2: otsetõus 03 h 29 min 10,4 s, deklinatsioon +31° 13′ 32″ (ICRS); NGC 1333 keskpunkt: otsetõus 03 h 29 min 11,3 s, deklinatsioon +31° 18′ 36″, mõõt 8′. https://simbad.cds.unistra.fr/simbad/sim-id?Ident=%5BJCC87%5D+IRAS+4A2
