En internationell grupp forskare under ledning av Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Tyskland) rapporterar om den första identifieringen av isopropanol i det interstellära rymden, ett ämne som används som desinfektionsmedel på jorden. Iso-propanol är den största alkoholen som har upptäckts hittills, vilket visar den ökande komplexiteten hos medlemmar av en av de mest förekommande klasserna av molekyler som kan hittas i rymden. Identifieringen möjliggjordes tack vare observationer av det stjärnbildande området Sagittarius B2 (Sgr B2) nära mitten av vår galax där många molekyler redan har upptäckts. Det är målet för en utökad undersökning av dess kemiska sammansättning med ALMA-teleskopet i Chile.

Sökandet efter molekyler i rymden har pågått i mer än 50 år. Hittills har astronomer identifierat 276 molekyler i det interstellära mediet. Kölns databas för molekylär spektroskopi (CDMS) tillhandahåller spektroskopiska data för att detektera dessa molekyler, bidragit från många forskargrupper, och har i många fall varit avgörande för deras upptäckt.

Målet med detta arbete är att förstå hur organiska molekyler bildas i det interstellära mediet, särskilt i regioner där nya stjärnor föds, och hur komplexa dessa molekyler kan vara. Den underliggande motivationen är att upprätta kopplingar till den kemiska sammansättningen av kroppar i solsystemet, såsom kometer, som till exempel levererades av Rosetta-uppdraget till kometen Churyumov-Gerasimenko för några år sedan.

En enastående stjärnbildande region i vår galax där många molekyler upptäcktes tidigare är Skytten B2 (Sgr B2), som ligger nära den berömda källan Sgr A*, det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax.

"Vår grupp började undersöka den kemiska sammansättningen av Sgr B2 för mer än 15 år sedan med IRAM 30-m teleskopet", säger Arnaud Belloche från Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) i Bonn/Tyskland, den ledande författaren till detektionspapper. "Dessa observationer var framgångsrika och ledde i synnerhet till den första interstellära upptäckten av flera organiska molekyler, bland många andra resultat."

Med tillkomsten av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för tio år sedan blev det möjligt att gå längre än vad som kunde uppnås mot Sgr B2 med ett enskålsteleskop och en långtidsstudie av den kemiska sammansättningen av Sgr B2 startades som utnyttjade den höga vinkelupplösningen och känsligheten som tillhandahålls av ALMA.

Hittills har ALMA-observationerna lett till identifieringen av tre nya organiska molekyler (isopropylcyanid, N-metylformamid, urea) sedan 2014. Det senaste resultatet inom detta ALMA-projekt är nu upptäckten av propanol (C₃₎ H₇ ÅH).

Propanol är en alkohol och är nu den största i denna klass av molekyler som har upptäckts i det interstellära rymden. Denna molekyl finns i två former ("isomerer"), beroende på vilken kolatom den funktionella hydroxylgruppen (OH) är bunden till:1) normalpropanol, med OH bunden till en terminal kolatom i kedjan, och 2) iso -propanol, med OH bunden till den centrala kolatomen i kedjan. Iso-propanol är också välkänt som nyckelingrediensen i handdesinfektionsmedel på jorden. Båda isomererna av propanol i Sgr B2 identifierades i ALMA-datauppsättningen. Det är första gången som isopropanol detekteras i det interstellära mediet, och första gången som normalpropanol detekteras i ett stjärnbildande område. Den första interstellära detekteringen av normalpropanol erhölls strax före ALMA-detekteringen av ett spanskt forskarlag med radioteleskop med enkelskål i ett molekylärt moln inte långt från Sgr B2. Detekteringen av isopropanol mot Sgr B2 var dock endast möjlig med ALMA.

"Detekteringen av båda isomererna av propanol är unikt kraftfull när det gäller att bestämma bildningsmekanismen för var och en. Eftersom de liknar varandra så mycket, beter de sig fysiskt på väldigt liknande sätt, vilket innebär att de två molekylerna bör finnas på samma ställen samtidigt gånger", säger Rob Garrod från University of Virginia (Charlottesville/U.S.). "Den enda öppna frågan är de exakta mängderna som är närvarande - detta gör deras interstellära förhållande mycket mer exakt än vad som skulle vara fallet för andra molekylpar. Det betyder också att det kemiska nätverket kan trimmas mycket mer noggrant för att bestämma mekanismerna genom att som de bildar."

ALMA-teleskopnätverket var avgörande för detekteringen av båda isomererna av propanol mot Sgr B2, tack vare dess höga känslighet, dess höga vinkelupplösning och dess breda frekvenstäckning. En svårighet i identifieringen av organiska molekyler i spektra av stjärnbildande regioner är den spektrala förvirringen. Varje molekyl avger strålning vid specifika frekvenser, dess spektrala "fingeravtryck", vilket är känt från laboratoriemätningar.

"Ju större molekylen är, desto fler spektrala linjer vid olika frekvenser producerar den. I en källa som Sgr B2 finns det så många molekyler som bidrar till den observerade strålningen att deras spektra överlappar varandra och det är svårt att lösa sina fingeravtryck och identifiera dem individuellt, säger Holger Müller från Kölns universitet där laboratoriearbete framför allt på normalpropanol utfördes.

Tack vare ALMA:s höga vinkelupplösning var det möjligt att isolera delar av Sgr B2 som sänder ut mycket smala spektrallinjer, fem gånger smalare än de linjer som detekteras på större skalor med IRAM 30-m radioteleskopet. Dessa linjers smalhet minskar den spektrala förvirringen, och detta var nyckeln för identifieringen av båda isomererna av propanol i Sgr B2. ALMAs känslighet spelade också en nyckelroll:det hade inte varit möjligt att identifiera propanol i den insamlade informationen om känsligheten bara hade varit dubbelt sämre.

Denna forskning är en långvarig ansträngning för att undersöka den kemiska sammansättningen av platser i Sgr B2 där nya stjärnor bildas, och därigenom förstå de kemiska processerna som verkar under stjärnbildningens gång. Målet är att bestämma den kemiska sammansättningen av de stjärnbildande platserna, och eventuellt identifiera nya interstellära molekyler. "Propanol har länge funnits på vår lista över molekyler att söka efter, men det är bara tack vare det senaste arbetet som gjorts i vårt laboratorium för att karakterisera dess rotationsspektrum som vi kunde identifiera dess två isomerer på ett robust sätt", säger Oliver Zingsheim, också från Kölns universitet.

Att upptäcka närbesläktade molekyler som skiljer sig något i sin struktur (såsom normal- och isopropanol eller, som gjordes tidigare:normal- och isopropylcyanid) och mäta deras överflödsförhållande gör det möjligt för forskarna att undersöka specifika delar av kemiska reaktionsnätverk som leder till deras produktion i det interstellära mediet.

"Det finns fortfarande många oidentifierade spektrallinjer i ALMA-spektrumet för Sgr B2 vilket innebär att det fortfarande återstår mycket arbete för att dechiffrera dess kemiska sammansättning. Inom en snar framtid kommer utbyggnaden av ALMA-instrumenteringen ner till lägre frekvenser sannolikt att hjälpa oss för att minska den spektrala förvirringen ytterligare och möjligen tillåta identifiering av ytterligare organiska molekyler i denna spektakulära källa", avslutar Karl Menten, direktör vid MPIfR och chef för dess forskningsavdelning för Millimeter och Submillimeter Astronomy.

Den avbildande spektrallinjeundersökningen ReMoCA utförd med ALMA vid hög vinkelupplösning och resultaten från en nyligen genomförd spektroskopisk studie av propanol användes för att söka efter iso- och normalisomererna av propanolmolekylen i den heta molekylära kärnan Sgr B2(N2) i grannskapet av det galaktiska centrumet. De interferometriska spektra analyserades under antagandet om lokal termodynamisk jämvikt. Reaktionsnätverket för den astrokemiska modellen MAGICKAL utökades för att utforska bildningsvägarna för propanol och för att sätta observationsresultaten i ett bredare astrokemiskt sammanhang.

De associerade studierna publicerades i Astronomy &Astrophysics . + Utforska vidare

FDA varnar för handsprit med 1-propanol