Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 15 września 2010
W kosmosie wykryto zaskakująco skomplikowaną cząsteczkę
W międzygwiazdowych obłokach o ekstremalnie małej gęstości naukowcom
udało się znaleźć cząsteczkę chemiczną o nieoczekiwanie złożonej strukturze.
Odkrycie zmusza do zmiany sposobu myślenia o procesach chemicznych
zachodzących w pozornie pustych obszarach Galaktyki.
Przezroczyste obłoki materii międzygwiazdowej są penetrowane przez wysokoenergetyczne
promieniowanie ultrafioletowe i kosmiczne, zdolne rozbić każdą napotkaną cząsteczkę chemiczną.
Jednak grupie naukowców, której trzon stanowią polscy astrofizycy i astrochemicy, udało się
zaobserwować w takich obłokach cząsteczkę zbudowaną z niespodziewanie dużej liczby atomów:
kation dwuacetylenu. Jego znalezienie w gazowo-pyłowych obłokach o małej gęstości może
przyczynić się do rozwikłania najstarszej nierozwiązanej zagadki spektroskopii. Badania z użyciem
8-metrowego teleskopu w Paranal Observatory w Chile przeprowadził zespół naukowców z
Uniwersytetu Mikołaja Kopernika (UMK) w Toruniu, Europejskiego Obserwatorium Południowego
(ESO), Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie oraz Uniwersytetu w Seulu.
Grupą kieruje prof. dr hab. Jacek Krełowski z Centrum Astronomii UMK.
Gęstość przezroczystych obłoków międzygwiazdowych jest ekstremalnie mała. „Rozcieńczenie
materii w takich obłokach odpowiada gęstości otrzymanej w wyniku rozprowadzenia jednej
szklanki powietrza w pustym sześcianie o podstawie mającej powierzchnię małego kraju. To
znacznie mniej od najlepszej próżni wytwarzanej w laboratoriach” – wyjaśnia jeden ze
współodkrywców, doc. dr hab. Robert Kołos z Zespołu Astrochemii Laboratoryjnej IChF PAN.
Obłoki międzygwiazdowe mają jednak ogromne rozmiary, sięgające nawet kilkudziesięciu lat
świetlnych, dlatego znajdujące się w nich cząsteczki mają szansę oddziaływać z penetrującym
obłok promieniowaniem elektromagnetycznym. Badaniem oddziaływań promieniowania z materią
zajmuje się dział nauki zwany spektroskopią.
Cząsteczki pochłaniają i emitują fotony wyłącznie o określonych energiach (a zatem i długościach
fal), odpowiadających różnicom między poziomami energetycznymi charakterystycznymi dla danej
cząsteczki. Zatem wskutek oddziaływania z rozrzedzonymi gazami w przezroczystych obłokach,
powszechnymi w naszej i innych galaktykach, światło gwiazd dociera do Ziemi nieco zmienione.
Brakuje w nim fal o pewnych długościach – tych, które zostały zaabsorbowane przez atomy i
cząsteczki chemiczne znajdujące się po drodze.
W latach 20. ubiegłego wieku astrofizycy zaobserwowali, że światło jest pochłaniane przez
ośrodek międzygwiazdowy w sposób, którego nie udało się wyjaśnić obecnością wówczas
znanych, bardzo prostych składników gazu międzygwiazdowego. Dzisiaj za pomocą fal radiowych
wykrywa się cząsteczki dość duże – rekordzistą jest liczący 13 atomów cyjanopoliacetylen HC11N –
ale rodzą się one wewnątrz gęstych, nieprzezroczystych obłoków, gdzie są chronione przed
niszczącym promieniowaniem.
„Osobliwe właściwości optyczne obłoków przezroczystych, związane z obecnością tzw. rozmytych
linii absorpcji międzygwiazdowej DIB, czyli Diffuse Interstellar Bands, pozostają tajemnicą od
prawie 90 lat. Zyskały nawet miano najstarszej nierozwiązanej zagadki spektroskopii” – stwierdza
prof. Krełowski, autorytet w dziedzinie spektroskopii optycznej ośrodka międzygwiazdowego.
Obecne odkrycie pozwoliło dodać do zbioru DIB nową linię i zarazem zidentyfikować ją jako
pochodzącą od kationu dwuacetylenu H-CC-CC-H+. „Dwuacetylen jest cząsteczką nieoczekiwanie
dużą jak na przezroczyste obłoki międzygwiazdowe. Dotychczas znajdowano tam połączenia co
najwyżej trzech atomów: węgla C3 i wodoru H3+. Aby wyjaśnić obecność kationu dwuacetylenu,
będziemy musieli zweryfikować obecne modele astrochemiczne” – dodaje doc. Kołos.
Cząsteczki o budowie niesymetrycznej – takiej jak wspomniany cyjanopoliacetylen: liniowy ciąg
atomów węgla zakończony z jednej strony wodorem, z drugiej azotem – są zdolne do emitowania
lub pochłaniania fal radiowych. Kation dwuacetylenu pozostawał długo nieuchwytny, ponieważ jest
symetryczny, a zatem niewidzialny dla radioteleskopów. Obecne obserwacje optyczne sugerują
jednak, że jest to dość pospolity składnik ośrodka międzygwiazdowego. Widać go nie tylko w
dwóch obszarach Galaktyki znanych ze szczególnie dużej zawartości węgla, lecz ujawnił się także
po uśrednieniu danych z kilkunastu innych kierunków obserwacji.
Dzięki detekcji kationu dwuacetylenu można przypuszczać, że wśród rozmytych linii
międzygwiazdowych są i inne pochodzące od podobnych, symetrycznych cząsteczek. „Wydaje się
prawdopodobne, że zagadka DIB zostanie wkrótce w istotnej części wyjaśniona” – podsumowuje
prof. Krełowski.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 300 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
doc. dr hab. Robert Kołos
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433218
email: [email protected]
prof. dr hab. Jacek Krełowski
Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika
tel. +48 56 6113060
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
http://www.astri.uni.torun.pl/
Strona Centrum Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF100915b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2010/09/IChF100915b_fot01.jpg
W przezroczystych obłokach materii międzygwiazdowej wykryto kation dwuacetylenu, cząsteczkę zbudowaną z dwóch atomów wodoru
i czterech węgla. (Źródło: IChF PAN, NASA & C.R. O'Dell/Vanderbilt University)
PRACE NAUKOWE:
„Evidence for diacetylene cation as the carrier of a diffuse interstellar band”, J. Krełowski, Y. Beletsky, G.A. Galazutdinov, R. Kołos, M.
Gronowski, G. LoCurto; Astrophysical Journal Letters 714 (2010) 64.