کشف مولکول‌های پیچیده کربن در فضای میان‌ستاره‌ای

ابر کیهانی اسرارآمیز متشکل از گاز و غبار، رازهایی را در خود جای داده است که می‌تواند منشاء منظومه شمسی ما را هویدا کند.این خبر برای آن دسته پژوهشگران که فهرستی از مولکول‌های میان‌ستاره‌ای شناخته شده را بررسی می‌کنند، هیجان انگیز است، چرا که امیدوار می‌شوند تا بتوانند نحوه پیدایش حیات در کیهان را کشف کنند.

اما این چیزی بیش از یک مولکول جدید برای این فهرست است. نتیجه یک مطالعه که به تازگی در مجله ساینس(Science) گزارش شده است، نشان می‌دهد که مولکول‌های آلی پیچیده(با کربن و هیدروژن) احتمالاً در ابر گازی سرد و تیره‌ای که منظومه شمسی ما را به وجود آورده است، وجود داشته‌اند.علاوه بر این، این مولکولها تا پس از تشکیل زمین در کنار هم باقی مانده‌اند. این برای درک ما از منشاء اولیه حیات در سیاره ما نیز مهم است.

تشخیص دشوار
مولکول مورد بحث، یک هیدروکربن پیچیده یا به اختصار PAH به نام پیرن(pyrene) است. واژه «پیچیده» به ما می‌گوید که این مولکول‌ها از حلقه‌هایی از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند.
حضور آن در این ابر دوردست نشان می‌دهد که می‌تواند نقش مهمی در شکل‌گیری منظومه شمسی ما داشته باشد.

شیمی کربن، ستون فقرات حیات روی زمین است. مدت‌هاست که PAHها در محیط میان‌ستاره‌ای به فراوانی شناخته شده‌اند، بنابراین در نظریه‌های چگونگی پیدایش حیات مبتنی بر کربن روی زمین نقش برجسته‌ای دارند.

ما می‌دانیم که PAHهای بزرگ زیادی در فضا وجود دارد، زیرا اخترفیزیکدانان نشانه‌هایی از آنها را در طیف نور مرئی و فروسرخ شناسایی کرده‌اند، اما ما نمی‌دانستیم که آنها ممکن است به طور خاص کدام PAHها باشند.

پیرن در حال حاضر بزرگترین PAH است که در فضا شناسایی شده است، اگرچه آن روی زمین به عنوان یک PAH کوچک یا ساده با ۲۶ اتم شناخته می‌شود.مدت‌ها تصور می‌شد که چنین مولکول‌هایی نمی‌توانند در محیط خشن تشکیل ستاره‌ها زنده بمانند، چرا که همه چیز در تابش خورشیدهای تازه متولد شده غرق می‌شود و مولکول‌های پیچیده را از بین می‌برد.

در واقع، زمانی تصور می‌شد که مولکول‌های بیش از دو اتم به همین دلیل نمی‌توانند در فضا وجود داشته باشند، تا زمانی که واقعاً پیدا شدند. همچنین مدل‌های شیمیایی نشان می‌دهند که از بین بردن «پیرن» پس از تشکیل بسیار دشوار است.

سال گذشته دانشمندان گزارش دادند که مقادیر زیادی پیرن را در نمونه‌های سیارک ریوگو در منظومه شمسی خودمان پیدا کرده‌اند. آنها استدلال می‌کردند که حداقل بخشی از آن باید از ابر سرد میان‌ستاره‌ای که قبل از منظومه شمسی ما وجود داشته است، آمده باشد.بنابراین چرا برای یافتن مولکول‌های بیشتر به ابر میان‌ستاره‌ای سرد دیگری نگاه نکنیم؟ مشکل اخترفیزیکدانان این است که ما ابزاری برای تشخیص مستقیم پیرن نداریم و این مولکول برای تلسکوپ‌های رادیویی، نامرئی است.

استفاده از ردیاب
مولکولی که پژوهشگران شناسایی کرده‌اند «۱-سیانوپیرن»(۱-cyanopyrene) نام دارد، چیزی که محققان آن را یک «ردیاب» برای پیرن می‌نامند و از برهمکنش پیرن با سیانید که در فضای میان‌ستاره‌ای رایج است، تشکیل می‌شود.

پژوهشگران از تلسکوپ گرین بانک(Green Bank) در غرب ویرجینیای آمریکا برای مشاهده ابر مولکولی گاو(Taurus) یا TMC-1 در صورت فلکی گاو استفاده کردند.برخلاف خود پیرن، «۱-سیانوپیرن» را می‌توان با تلسکوپ‌های رادیویی شناسایی کرد. این به این دلیل است که مولکول‌های ۱-سیانوپیرن به عنوان ساطع کننده‌های امواج رادیویی کوچک عمل می‌کنند که نسخه‌های کوچکی از ایستگاه‌های رادیویی زمینی هستند.

از آنجایی که دانشمندان نسبت‌هایی از ۱-سیانوپیرن را قابل مقایسه با پیرن می‌دانند، می‌توانند مقدار پیرن را در ابر میان‌ستاره‌ای تخمین بزنند.مقداری از پیرن که آنها پیدا کردند، قابل توجه بود. نکته مهم این است که این کشف در ابر مولکولی گاو نشان می‌دهد که مقدار زیادی پیرن در ابرهای مولکولی سرد و تاریک وجود دارد که ستاره‌ها و منظومه‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند.

تولد پیچیده حیات
ما به تدریج در حال ساختن تصویری از چگونگی تکامل حیات روی زمین هستیم. این تصویر به ما می‌گوید که حیات از فضا به زمین آمده است یا حداقل مولکول‌های آلی پیچیده و پیش‌زیستی که برای شکل‌گیری حیات ضروری بوده است، چنین بوده‌اند.

همانطور که یافته‌های نمونه‌های آورده شده از سیارک ریوگو نشان می‌دهد که پیرن در شرایط سخت مرتبط با تولد ستارگان زنده می‌ماند، این مولکول بخش مهمی از این داستان است.حیات ساده که متشکل از یک سلول است، از نظر زمین‌شناسی و نجومی تقریباً بلافاصله پس از سرد شدن سطح سیاره زمین به اندازه‌ای که مولکول‌های پیچیده را تبخیر نمی‌کرده، ظاهر شده است و این در فسیل‌های زمین نیز قابل مشاهده است. این اتفاق بیش از ۳.۷ میلیارد سال پیش در تاریخِ تقریباً ۴.۵ میلیاردی زمین رخ داده است.

برای اینکه ارگانیسم‌های ساده به سرعت در فسیل‌ها ظاهر شوند، زمان کافی برای شروع شیمی با مولکول‌های ساده دو یا سه اتمی وجود ندارد.کشف جدید ۱-سیانوپیرن در ابر مولکولی گاو نشان می‌دهد که مولکول‌های پیچیده واقعا می‌توانند در شرایط سخت شکل‌گیری منظومه‌های خورشیدی جان سالم به در ببرند. در نتیجه، زمانی که پیرن حدود ۳.۷ میلیارد سال پیش در زمین اولیه پدیدار شده است، برای تشکیل ستون فقرات حیات مبتنی بر کربن در دسترس بوده است.

این کشف همچنین به یافته مهم دیگری در دهه گذشته مرتبط است که طی آن اولین مولکول دست‌سان(کایرال) موسوم به «پروپیلن اکسید»(propylene oxide) در محیط میان‌ستاره‌ای کشف شد. ما به مولکول‌های کایرال نیاز داریم تا بتوانیم تکامل شکل‌های حیات ساده را روی سطح زمین اولیه دریابیم.تاکنون نظریه‌های دانشمندان مبنی بر اینکه مولکول‌های حیات اولیه روی زمین از فضا آمده‌اند، قانع کننده به نظر می‌رسد.