Magnetiska fält spelar en viktig roll på de platser där de mest massiva stjärnorna föds. Den här illustrationen visar omgivningen av en formande massiv stjärna, och de ljusa områdena där radiosignaler från metanol kan hittas. De ljusa fläckarna representerar metanolmasrar - naturliga lasrar som är vanliga i de täta miljöerna där massiva stjärnor bildas - och de böjda linjerna representerar magnetfältet. Tack vare nya beräkningar av astrokemister, astronomer kan nu börja undersöka magnetfält i rymden genom att mäta radiosignalerna från metanolmolekyler i dessa ljusa källor. Kredit:Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar et al. (molekyler:Wikimedia Commons/Ben Mills)
Ett team av forskare, ledd av Boy Lankhaar vid Chalmers tekniska högskola, har löst ett viktigt pussel inom astrokemi - hur man mäter magnetiska fält i rymden med metanol, den enklaste formen av alkohol. Deras resultat, publiceras i tidskriften Natur astronomi , ge astronomer ett nytt sätt att undersöka hur massiva stjärnor föds.
Under det senaste halvseklet, många molekyler har upptäckts i rymden. Använda radioteleskop, astronomer har, med hjälp av dessa molekyler, kunnat undersöka vad som händer i mörkret, täta moln där nya stjärnor och planeter föds. Forskare kan mäta temperatur, tryck och gasrörelse genom att studera signaturen hos molekyler i de signaler de upptäcker. Men det finns en annan stor aktör som är involverad i massiv stjärnbildning som är svårare att mäta:magnetiska fält.
Boy Lankhaar vid Chalmers tekniska högskola, som ledde projektet, säger, "När de största och tyngsta stjärnorna föds, vi vet att magnetfält spelar en viktig roll. Men hur magnetfält påverkar processen är föremål för debatt bland forskare. Så vi behöver sätt att mäta magnetfält, och det är en riktig utmaning. Nu, tack vare våra nya beräkningar, vi vet äntligen hur man gör med metanol."
Med hjälp av mätningar av metanol (CH 3 OH) i rymden för att undersöka magnetfält föreslogs för många decennier sedan. I den täta gasen som omger många nyfödda stjärnor, metanolmolekyler lyser starkt som naturliga mikrovågslasrar, eller masare. Signalerna vi kan mäta från metanolmasrar är både starka och emitteras vid mycket specifika frekvenser.
"Masersignalerna kommer också från de regioner där magnetfält har mest att berätta om hur stjärnor bildas. Med vår nya förståelse för hur metanol påverkas av magnetfält, vi kan äntligen börja tolka det vi ser, säger teammedlem Wouter Vlemmings från Chalmers.
Tidigare försök att mäta metanolens magnetiska egenskaper i laboratorieförhållanden har mött problem. Istället, forskarna bestämde sig för att bygga en teoretisk modell, se till att det överensstämde både med tidigare teori och med laboratoriemätningarna. "Vi utvecklade en modell för hur metanol beter sig i magnetfält, med utgångspunkt från kvantmekanikens principer. Snart, vi fann god överensstämmelse mellan de teoretiska beräkningarna och de experimentella data som fanns tillgängliga. Det gav oss självförtroendet att extrapolera till förhållanden vi förväntar oss i rymden, " förklarar Boy Lankhaar.
Fortfarande, uppgiften visade sig vara förvånansvärt utmanande. Teoretiska kemister Ad van der Avoird och Gerrit Groenenboom, båda vid Radboud University i Nederländerna, behövs för att göra nya beräkningar och korrigera tidigare arbeten. "Eftersom metanol är en relativt enkel molekyl, vi trodde först att projektet skulle vara enkelt. Istället, det visade sig vara mycket komplicerat eftersom vi var tvungna att beräkna egenskaperna hos metanol i detalj, säger Ad van der Avoird.
De nya resultaten öppnar nya möjligheter för att förstå magnetfält i universum. De visar också hur problem kan lösas inom astrokemi – där disciplinerna astronomi och kemi möts. Huib Jan van Langevelde, teammedlem och astronom vid Joint Institute for VLBI Eric and Leiden University, förklarar. "Det är fantastiskt att det krävs så detaljerade beräkningar för att avslöja den molekylära komplexiteten som vi behöver för att tolka de mycket exakta mätningarna vi gör med dagens bästa radioteleskop. Det krävs experter från både kemi- och astrofysikdisciplinerna för att möjliggöra nya upptäckter i framtiden om molekyler. , magnetiska fält och stjärnbildning, " han säger.
