9 دقیقه
برای نخستین بار، اخترشناسان مولکولهای آلی پیچیده‌ای را که بهصورت یخزده روی دانه‌های غبار وجود دارند، در خارج از کهکشان راه شیری کشف کردند. با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و بررسی ستاره‌ای نوپا در ابر بزرگ ماژلان، پژوهشگران چندین ترکیب پیشزیستی را شناسایی کردند — شواهدی که نشان میدهد بذرهای شیمیایی حیات میتوانند در محیط‌هایی بسیار متفاوت از کهکشان ما شکل بگیرند.
چه چیزی کشف شد و در کجا
تیمی به سرپرستی اخترفیزیکدان مارتا سیویلو از مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا و دانشگاه مریلند، یک ستارهٔ پروتوسـتار جوان با برچسب ST6 را در ابر بزرگ ماژلان (LMC) هدف قرار دادند. ستاره ST6 در فاصلهٔ حدودی 160,000 سال نوری قرار دارد و درون یک سوپربابل به نام N158 واقع شده است، نزدیک سحابی معروف عنکبوتک یا Tarantula. با تحلیل طیفهای میان‌فروسرپایی که توسط JWST به‌دست آمد، پژوهشگران مجموعه‌ای از مولکولهای آلی پیچیده (COMs) را یافتند که در پوشش‌های یخی اطراف دانه‌های غبار حبس شده‌اند.
مشاهدات نشان‌دهندهٔ شناسایی معتبر متانول، اتانول، استالدهید (استآلدهید)، متیل فرمات و — به‌ویژه — اسید استیک (CH3COOH) در حالت یخزده است. پیش از این، اسید استیک تنها در فاز گازی فضا دیده شده بود؛ این نخستین ردیابی بدون ابهام آن در یخ میان‌ستاره‌ای در هر جایی از فضا به‌شمار می‌رود.
موقعیت ستاره ST6 در ابر بزرگ ماژلان. تصویر JWST از ST6 در پایین سمت راست درج شده است. (NASA/ESA/CSA/JPL-Caltech/M. Sewiło et al., 2025)
چگونگی انجام آشکارسازی
JWST نور میانفروسرپی را از غبار یخ‌زدهٔ پیرامون ST6 جمع‌آوری کرد. هر مولکول در طول‌موج‌های خاصی فوتون‌ها را جذب می‌کند و در طیف الگوهای جذب تاریکی بر جای می‌گذارد — اثر انگشت مولکولی. تیم پژوهشی طیفهای JWST را با یک پایگاه دادهٔ مرجع از اثر انگشت‌های مولکولی که از آزمایشگاه‌ها و مشاهدات زمینی تهیه شده بود، مقایسه کرد تا خطوط جذب را به ترکیبات مشخصی نسبت دهد.
در اخترشیمی، مولکولهای آلی پیچیده بهطور معمول آن‌هایی تعریف میشوند که حداقل شامل شش اتم باشند و کربن در بین آنها حضور داشته باشد؛ بنابراین گونه‌هایی مانند اتانول (CH3CH2OH)، متیل فرمات (HCOOCH3) و استالدهید (CH3CHO) به‌عنوان COM طبقه‌بندی میشوند. این مولکولها اهمیت دارند چرا که پله‌هایی شیمیایی به‌سوی آمینو اسیدها، قندها و نوکلئوبازها — بلوکهای سازندهٔ شیمی پیشزیستی — فراهم میکنند.
برای تأیید هویت مولکولها، پژوهشگران از جزئیات طیفی مانند پهنای خطوط، مرکز طول‌موج جذب و ترکیب ویژگی‌های هم‌پوشان استفاده کردند. در بسیاری از موارد ویژگی‌های جذب از هم همپوشی داشتند، بنابراین مقایسهٔ دقیق با طیفهای آزمایشگاهی و مدل‌های شبیه‌سازی‌شده که فرآیندهای دما-فشار و ترکیبات یخ را مدلسازی میکنند، حیاتی بود. استفاده از حساسیت طیفی بالای JWST همراه با مرجع‌های آزمایشگاهی، به جداسازی و شناسایی قطعی‌تر مولکولها کمک کرد.
چرا این کشف اهمیت دارد: شیمی فراتر از راه شیری
ابر بزرگ ماژلان فقط یک منطقهٔ ستاره‌زا معمولی نیست — این یک «جهان شیمیایی» متفاوت است. LMC از نظر فلزیته فقر دارد و نسبت به راه شیری تنها حدود یک‌سوم تا نیمی از مقدار عناصر سنگین‌تر از هلیوم را در خود جای داده است. همچنین شامل غبار کمتر و میدان‌های تشعشع فرابنفش قوی‌تری است که ناشی از تولد ستارگان پرانرژی است. این شرایط سؤال کلیدی را مطرح می‌کند: آیا شیمی سطحِ دانه (grain-surface chemistry) که منجر به تولید COMها میشود، میتواند در چنین محیطهای نسبتاً سخت و کمفلز هم کار کند؟
نتایج جدید JWST نشان میدهد پاسخ مثبت است. مولکولهایی که پیرامون ST6 مشاهده شدند با تشکیل روی سطوح دانه‌های غبار سازگارند. در ابرهای میان‌ستاره‌ای سرد، قشرهای نازکی از یخ سطح ذرات غبار کوچک را می‌پوشانند. اتم‌ها و مولکولهای ساده روی این قشرها یخ می‌زنند، روی سطح مهاجرت میکنند و — اغلب با کمک تشعشع یا برخوردهای کم‌انرژی — واکنش داده و گونه‌های پیچیده‌تری تشکیل می‌دهند. یافتهٔ مشابه COMها در یخ‌های LMC نشان میدهد که شیمی سطح دانه میتواند حتی در کهکشانهای کمفلز و غنی از UV هم مقاوم باشد و به تولید ترکیبات پیچیده منتهی شود.
این نتیجه اهمیت گسترده‌ای برای درک توزیع مولکولهای آلی پیشزیستی در کهکشانها دارد: اگر سازوکارهای شیمیایی سطح دانه در شرایط مختلف کهکشانی فعال باشند، احتمال اینکه بلوکهای سازندهٔ حیات در محیطهای گوناگون کیهانی شکل گرفته و در طول فرایندهای شکل‌گیری سیاره‌ها منتقل شوند افزایش می‌یابد.
تصویری مفهومی از برخی COMهای کشف‌شده در پوشش یخی روی یک دانهٔ غبار. (مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا)
پیامدها برای شیمی پیشزیستی و سیستمهای سیارهای
کشف COMهای یخزده در یک کهکشان دیگر دامنهٔ محیط‌هایی را که می‌توان تصور کرد شیمی پیشزیستی در آنها آغاز میشود، گسترش میدهد. اگر مولکولهایی مانند اسید استیک و متیل فرمات روی دانه‌های غبار در LMC جمع شوند، پیشسازهای شیمیایی حیات ممکن است در طیف وسیعی از محیطهای کهکشانی پراکنده باشند. این مولکولها میتوانند در نسل‌های بعدی سیارات، دنباله‌دارها یا سیارک‌ها وارد شوند و بهصورت مواد آلی پیش‌ساخته به دنیاهای جوان تحویل داده شوند.
یکی از مسیرهای مهم مرتبط با شکل‌گیری پیشزیستی، فرآیندهایی است که ترکیبات سطحی یخ را از دانه‌ها جدا کرده و در مراحل بعدی به مواد سازندهٔ سیاره‌ها منتقل میکنند؛ مواردی مانند جذب به دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای، حمل توسط جریان‌های ستاره‌ای یا تزریق در هنگام برخوردهای سیارکی. شناسایی ترکیبات پیچیده در یخ‌های بین‌کهکشانی نشان میدهد که منبع اولیهٔ مواد آلی در محیطهای ستاره‌زا میتواند نسبتاً متداول باشد و نه محدود به کهکشان ما.
با این حال، نتیجهٔ کنونی مبتنی بر یک منبع فرا کهکشانی است. سیویلو و همکارانش اشاره میکنند که اندازهٔ نمونه همچنان کوچک است: تنها یک منبع در LMC و چهار منبع در راه شیری که با تشخیص COMها در یخ گزارش شده‌اند. برای نقشه‌برداری تغییرات فراوانی مولکولی و بررسی اینکه آیا ST6 نماینده است یا استثنایی، نیاز به نظرسنجی‌های وسیع‌تر از اجرام ستاره‌ای جوان در هر دو کهکشان است.
تکثیر مشاهدات بر روی نمونه‌های بزرگ‌تر همچنین امکان بررسی وابستگی‌ها به پارامترهایی مانند فلزیته محیط، شدت میدان UV، چگالی و دمای محلی را فراهم می‌کند. این اطلاعات برای ساخت مدل‌های شیمی بین‌کهکشانی قابل اعتماد و برای پیش‌بینی ترکیباتی که ممکن است در مراحل مختلف شکل‌گیری سیاره‌ها حضور داشته باشند، حیاتی است.
جزئیات مأموریت و روش‌شناسی
این کشف توانایی JWST در حوزهٔ اخترشیمی را برجسته می‌کند. طیف‌سنج‌های میانفروسرپی آن، به‌ویژه MIRI (Mid-Infrared Instrument)، میتوانند باندهای جذب ضعیفِ یخها را در مناطقی که پیشتر دسترسی به آنها ممکن نبود آشکار کنند، به‌خصوص فراتر از راه شیری. ترکیب حساسیت طیفی بالا و مرجع‌های آزمایشگاهی دقیق به پژوهشگران اجازه داد تا ویژگی‌های هم‌پوشان را از هم جدا کنند و هویت مولکولها را تأیید نمایند.
در سطح فنی، تحلیل نیازمند مدلسازی فرآیندهای جذب مولکولی، اثرات ترکیبی چند مولکول روی پهنای باند و نیز در نظر گرفتن تأثیر دما و مخلوط‌های مولکولی بر موقعیت و شکل خطوط جذب بود. همکاری نزدیک بین تیم‌های مشاهداتی و آزمایشگاهی — که طیفهای مرجع از یخ‌های مصنوعی با نسبت‌های مختلف مولکولی تولید میکنند — در تفسیر دادهها نقش کلیدی داشت.
کارهای آینده قرار است مشاهدات JWST را به نمونهٔ وسیع‌تری از پروتوسـتارها در LMC و کهکشانهای نزدیک دیگر گسترش دهد و آن دادهها را با آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل‌های شیمیایی که واکنش‌های سطح دانه را تحت شرایط مختلف فلزیته و شدت تشعشع شبیه‌سازی میکنند، جفت کند. آزمایش‌هایی که نقش تشعشع UV، پرتوهای کیهانی و گرمایش گذرا را در تولید یا تخریب COMها بررسی میکنند، در طراحی این مدل‌ها حیاتی خواهند بود.
دیدگاه کارشناسان
«این آشکارسازی مدرکی برجسته است بر این که همان نوع شیمی‌هایی که سیارات را با مواد آلی بذر می‌زنند میتوانند در محیطهای کهکشانی بسیار متفاوت نیز عمل کنند،» می‌گوید دکتر آمنه ریا ض، یک آستروبیوشیمیدان خیالی و مدرس علوم سیارهای. «یافتن اسید استیک منجمد روی دانه‌های غبار بیرون از راه شیری از مدل‌هایی حمایت می‌کند که در آنها مولکولهای پیچیده روی سطوح دانه‌ها ساخته میشوند و سپس به سیارات در حال شکل‌گیری تحویل داده میشوند — فرایندی که ممکن است در سراسر جهان هستی رایج باشد.»
سیویلو می‌گوید: «با این کشف، ما گام‌های مهمی در جهت درک چگونگی ظهور شیمی پیچیده در کیهان برداشته‌ایم و افقهای جدیدی برای پژوهش در چگونگی پدید آمدن حیات گشوده‌ایم.»
تیم قصد دارد این نظرسنجی را بسط دهد تا تعیین کند آیا شیمی آلی پیچیدهٔ مشابه در سراسر LMC گسترده است یا در کاگره‌هایی خاص مانند محیط ST6 متمرکز باقی مانده است. این کار پی‌گیری به دانشمندان کمک خواهد کرد تا جهانی بودن مسیرهای پیشزیستی و توزیع احتمالی پیشسازهای شیمیایی حیات در کیهان را بهتر بشناسند.
در نهایت، ترکیب مشاهداتی میانفروسرپی JWST، طیفهای آزمایشگاهی دقیق، و مدل‌های شیمیایی پیشرفته میتواند چارچوبی قدرتمند برای بررسی منشأ مولکولهای پیشزیستی در کهکشانهای مختلف فراهم کند و این که تا چه حد شرایط محیطی، تکامل شیمیایی پیش از شکل‌گیری سیاره‌ها را رقم می‌زنند.
منبع: sciencealert
نظرات
نووا_x
حس میکنم کمی اغراق شده، یافته جالبه اما روی یک منبع نمیشه جهانشمول ساخت، منتظر مجموعه داده‌بزرگتر میمونم...
آسمانچ
برداشت متعادل: شواهد قوی ولی نمونه کمه. نیاز به نظرسنجی وسیع‌تر و آزمایشگاه‌های بیشتر داریم، تا ببینیم این واقعا عمومی‌ست یا نه
نیک_س
یادم میاد تو کلاس آزمایشگاه وقتی نمک و یخ رو مخلوط کردیم چیزای عجیب دیدیم، اما این سطحِ کیهانی یه قدم جدیده، کنجکاوم ببینم تکرار میشه یا نه
سروش
واقعاً فقط یه منبع کافیه برای نتیجه‌گیری؟ شاید خطوط طیفی همپوشانی داشته باشن، یا مدل‌ها جا مونده باشن...
دیتاپال
وای جیمز وب دوباره سورپرایز کرد! پیدا شدن اسید استیک یخ زده بیرون از راه شیری یعنی احتمال مادهٔ پیشزیستی همه جا هست؟ شگفت‌انگیز
ارسال نظر