科学者が倉庫を発見-宇宙でこれまでに見たことのない複雑な分子でいっぱい
03.18.21 ニュースリリース
M.ワイス/天体物理学センター| ハーバード＆スミソニアン
マサチューセッツ州ケンブリッジ-科学者たちは、星間物質中の個々の多環芳香族炭化水素分子を初めて検出することにより、冷たく暗い分子雲の中に、これまで知られていなかった新しい芳香族物質の広大な貯蔵所を発見しました。 -数十年前の科学的謎：これらの分子は宇宙でどのようにそしてどこで形成されているのか？
マサチューセッツ工科大学の化学助教授であり、GOTHAMまたはグリーンバンク望遠鏡（GBT）観測のプロジェクト主任研究員であるブレット・マクガイアは、次のように述べています。 of TMC-1：芳香族分子の狩猟。「この研究では、星がまだ形成され始めていない、冷たく暗い雲の中にそれらを見つけました。」
芳香族分子、およびPAH（多環芳香族炭化水素の省略形）は、科学者によく知られています。芳香族分子は、人間や他の動物の化学的構成に存在し、食品や医薬品に含まれています。同様に、PAHは多くの化石燃料の燃焼によって形成される汚染物質であり、野菜や肉が高温で焦げたときに形成される発がん性物質の1つです。「多環芳香族炭化水素は、宇宙の炭素の25％を含むと考えられています」と、天体物理学センターの研究員でもあるMcGuire氏は述べています。ハーバード＆スミソニアン（CfA）。「今、初めて、私たちは彼らの化学への直接の窓を手に入れました。それは、この巨大な炭素の貯蔵所が星や惑星を形成する過程を通してどのように反応し進化するかを詳細に研究することを可能にします。」
科学者たちは1980年代から宇宙にPAHが存在するのではないかと疑っていますが、過去7か月間に発表された9つの論文に詳述されている新しい研究は、分子雲にPAHが存在することの最初の決定的な証拠を提供します。とらえどころのない分子を探すために、チームは100mの巨大な電波天文学GBTをおうし座分子雲（TMC-1）に焦点を合わせました。星を形成するためにそれ自体で—そして彼らが見つけたものは驚くべきものでした：受け入れられた科学モデルが間違っていただけでなく、チームが想像できたよりもはるかに多くのことがTMC-1で起こっていました。
「数十年前のモデリングから、分子雲の化学についてかなりよく理解していると信じていました」と、天体化学者でCfAの副所長代理を務めるマイケルマッカーシー氏は述べています。天文学的検出は自信を持って確立されます。「これらの新しい天文観測が示しているのは、これらの分子が分子雲に存在するだけでなく、標準モデルが予測するよりも桁違いに多い量で存在することです。」
マクガイア氏は、以前の研究では、PAH分子が存在することのみが明らかにされており、特定の分子は存在しないことが明らかになったと付け加えました。「過去30年ほどの間、科学者たちは私たちの銀河や他の銀河のこれらの分子のバルクシグネチャーを赤外線で観察してきましたが、どの個々の分子がその質量を構成しているかはわかりませんでした。区別できないこの大きな塊を見る代わりに、個々の分子を見るのです。」
驚いたことに、チームはTMC-1に隠れている新しい分子を1つだけ発見しませんでした。複数の論文で詳細に説明されているように、チームは、1-シアノナフタレン、1-シアノ-シクロペンタジエン、HC11N、2-シアノナフタレン、ビニルシアノアセチレン、2-シアノ-シクロペンタジエン、ベンゾニトリル、trans-（E）-シアノビニルアセチレン、HC4NC、およびプロパルギルシアニドなどを観察しました。「まるでブティックに行って、奥の部屋があることを知らずにフロントエンドの在庫を閲覧しているようなものです。私たちは50年ほど小さな分子を集めてきましたが、今では裏口があることに気づきました。いつそのドアを開けて調べてみると、予想外の分子と化学の巨大な倉庫が見つかりました」とマクガイア氏は述べています。「いつも、私たちが前に見た場所のすぐ先に潜んでいました。」
マクガイアとGOTHAMプロジェクトの他の科学者は、2018年にマクガイアがベンゾニトリルを最初に検出した後、2年以上にわたってTMC-1の分子を「探し求め」てきました。。プロジェクトの最新の観測結果は、今後数年間、天体物理学に影響を与える可能性があります。「これまで検出できたものとは異なり、まったく新しい分子のセットに出くわしました。これにより、これらの分子が互いにどのように相互作用するかについての理解が完全に変わります。下流に影響があります」とMcGuire氏は述べています。さらに、これらの分子は最終的に十分に大きくなり、星間塵の種に凝集し始めます。「これらの分子が星間塵の種になるほど大きくなると、小惑星、彗星、惑星の組成、氷が形成される表面、そしておそらく惑星が存在する場所にさえ影響を与える可能性があります。星系内で形成されます。」
TMC-1での新しい分子の発見は、天体化学にも影響を及ぼします。チームはまだすべての答えを持っているわけではありませんが、ここでの影響も数十年続くでしょう。「私たちは、検出が非常に簡単な一次元の炭素化学から、新たに発見された分子が化学者が知っていて認識し、地球上で生成できる分子であるという意味で、宇宙での実際の有機化学に移行しました」と述べています。マッカーシー。「そしてこれは氷山の一角に過ぎません。これらの有機分子がそこで合成されたものであれ、輸送されたものであれ、それらは存在し、その知識だけがこの分野の根本的な進歩です。」
2018年にGOTHAMが発売される前に、科学者たちは天の川の星間物質に約200個の個々の分子をカタログ化していました。これらの新しい発見により、チームは疑問に思うようになりました。当然のことながら、そこには何があるのでしょうか。「これらの観察、この発見、およびこれらの分子についての驚くべきことは、誰も見ていなかった、または十分に一生懸命に見えなかったことです」とマッカーシーは言いました。「私たちが探していなかったものが他に何があるのか不思議に思うでしょう。」
科学者が発見しているこの新しい芳香族化学は、TMC-1に限定されていません。ARKHAM（芳香族分子の厳密なK / Kaバンド調査ハンティング）として知られるGOTHAMのコンパニオン調査では、最近、複数の追加オブジェクトでベンゾニトリルが検出されました。「信じられないことに、ARKHAMによって観測された最初の4つの物体のすべてにベンゾニトリルが見つかりました」とCfAのサブミリ波アレイ博士研究員でGOTHAMの共同主任研究員であるAndrewBurkhardtは述べています。「GOTHAMが宇宙で可能な化学の限界を押し広げている一方で、これらの発見は、TMC-1で芳香族分子について学んだことが、どこの暗い雲にも広く適用できることを示唆しているため、これは重要です。これらの暗い雲は星や惑星の最初の発祥の地だから、
McGuire、McCarthy、およびBurkhardtに加えて、次の研究者がこのプロジェクトに貢献し、研究を主導しました。MITのKin Long Kelvin Lee; 国立電波天文台のライアン・ルーミス、アンソニー・レミジャン、エマニュエル・モムジャン。ベネディクティン大学のクリストファーN.シングルデッカー; NASAゴダードのスティーブンB.チャーンリーとマーティンA.コーディナー。バージニア大学のEricHerbst、Eric R. Willis、Ci Xue、およびMarkSiebert。そして、レベデフ物理学研究所のセルゲイ・カレンスキー。このプロジェクトは、シュトゥットガルト大学、マックスプランク研究所、アメリカカトリック大学からも研究支援を受けました。
マサチューセッツ工科大学について
化学のMIT部門は、その共通の目標の新しい化学の知識を作成するために、化学的、科学の次のフロンティアを定義する最も優秀な学生の次の世代を指導することで、包括的支援、そして革新的なコミュニティです。
国立電波天文台について
国立電波天文台が関連する大学の協力協定の下で作動国立科学財団の施設であり、Inc.は1956年に設立され、NRAOは、国際科学界で使用するための最先端の電波望遠鏡施設を提供します。NRAO望遠鏡は、機関や国の所属に関係なく、すべての天文学者に開放されています。NRAO望遠鏡での観測時間は、科学的メリット、作業を行う機器の能力、および要求された時間中の望遠鏡の可用性に基づいて研究提案を評価した後、資格のある科学者が競争力を持って利用できます。NRAOはまた、教師、学生、一般市民、およびメディア向けに、教育および公的支援の公式および非公式の両方のプログラムを提供しています。
グリーンバンク天文台について
グリーンバンク天文台は、世界最大の完全に操縦可能電波望遠鏡、国立科学財団のグリーンバンク望遠鏡（GBT）の一つに家です。天文台にはいくつかの追加の機器とアレイがあり、2つの補完的な電波干渉保護ゾーン、ナショナルラジオクワイエットゾーンとウェストバージニア電波天文学ゾーンによって保護されています。
参考文献
「星間HC4NCの検出とTMC-1条件下でのイソシアノポリイン化学の調査」、C。Xueet al。、2020年9月1日、The Astrophysical Journal Letters [プレプリントPDF ]
「GOTHAMの初期科学：プロジェクトの概要、方法、およびTMC-1における星間プロパルギルシアン化物（HCCCH2CN）の検出」B. McGuire et al。、2020年9月1日、The Astrophysical Journal Letters [プレプリントPDF ]
「スペクトル線スタッキング技術の調査とHC11Nの検出への応用」R.Loomis et al。、2021 Jan. 11、Nature Astronomy [ pre-print pdf ]
「星形成の初期段階における遍在する芳香族炭素化学」、AM Burkhardt et al。、2021年1月11日、ネイチャーアストロノミー[プレプリントPDF ]
「高極性5員環シアノシクロペンタジエンの星間検出」、M。マッカーシー他、2021年2月、ネイチャーアストロノミー[プレプリントPDF ]
「TMC-1のGOTHAM観測における星間トランスシアノビニルアセチレン（HCCCH = CCHCN）とビニルシアノアセチレン（H2C = CHC3N）の発見」K. Lee et al。、2021 Feb. 11、The Astrophysical Journal Letters [ preprint PDF ]
「2-シアノシクロペンタジエン、C5H5N、TMC-1に向かう2番目の5員環の星間検出」K. Lee etal。2021年、アストロフィジカルジャーナルレターを受理[プレプリントPDF ]
「スペクトル整合フィルタリングによる2つの星間多環芳香族炭化水素の検出」McGuireet al。、2021 3月19日、Science
「分子雲の芳香族化合物と環状分子：星間有機化学の新次元」、McCarthy＆McGuire 2021、The Journal of Physical Chemistry A
03.18.21 ニュースリリース
M.ワイス/天体物理学センター| ハーバード＆スミソニアン
マサチューセッツ州ケンブリッジ-科学者たちは、星間物質中の個々の多環芳香族炭化水素分子を初めて検出することにより、冷たく暗い分子雲の中に、これまで知られていなかった新しい芳香族物質の広大な貯蔵所を発見しました。 -数十年前の科学的謎：これらの分子は宇宙でどのようにそしてどこで形成されているのか？
マサチューセッツ工科大学の化学助教授であり、GOTHAMまたはグリーンバンク望遠鏡（GBT）観測のプロジェクト主任研究員であるブレット・マクガイアは、次のように述べています。 of TMC-1：芳香族分子の狩猟。「この研究では、星がまだ形成され始めていない、冷たく暗い雲の中にそれらを見つけました。」
芳香族分子、およびPAH（多環芳香族炭化水素の省略形）は、科学者によく知られています。芳香族分子は、人間や他の動物の化学的構成に存在し、食品や医薬品に含まれています。同様に、PAHは多くの化石燃料の燃焼によって形成される汚染物質であり、野菜や肉が高温で焦げたときに形成される発がん性物質の1つです。「多環芳香族炭化水素は、宇宙の炭素の25％を含むと考えられています」と、天体物理学センターの研究員でもあるMcGuire氏は述べています。ハーバード＆スミソニアン（CfA）。「今、初めて、私たちは彼らの化学への直接の窓を手に入れました。それは、この巨大な炭素の貯蔵所が星や惑星を形成する過程を通してどのように反応し進化するかを詳細に研究することを可能にします。」
科学者たちは1980年代から宇宙にPAHが存在するのではないかと疑っていますが、過去7か月間に発表された9つの論文に詳述されている新しい研究は、分子雲にPAHが存在することの最初の決定的な証拠を提供します。とらえどころのない分子を探すために、チームは100mの巨大な電波天文学GBTをおうし座分子雲（TMC-1）に焦点を合わせました。星を形成するためにそれ自体で—そして彼らが見つけたものは驚くべきものでした：受け入れられた科学モデルが間違っていただけでなく、チームが想像できたよりもはるかに多くのことがTMC-1で起こっていました。
「数十年前のモデリングから、分子雲の化学についてかなりよく理解していると信じていました」と、天体化学者でCfAの副所長代理を務めるマイケルマッカーシー氏は述べています。天文学的検出は自信を持って確立されます。「これらの新しい天文観測が示しているのは、これらの分子が分子雲に存在するだけでなく、標準モデルが予測するよりも桁違いに多い量で存在することです。」
マクガイア氏は、以前の研究では、PAH分子が存在することのみが明らかにされており、特定の分子は存在しないことが明らかになったと付け加えました。「過去30年ほどの間、科学者たちは私たちの銀河や他の銀河のこれらの分子のバルクシグネチャーを赤外線で観察してきましたが、どの個々の分子がその質量を構成しているかはわかりませんでした。区別できないこの大きな塊を見る代わりに、個々の分子を見るのです。」
驚いたことに、チームはTMC-1に隠れている新しい分子を1つだけ発見しませんでした。複数の論文で詳細に説明されているように、チームは、1-シアノナフタレン、1-シアノ-シクロペンタジエン、HC11N、2-シアノナフタレン、ビニルシアノアセチレン、2-シアノ-シクロペンタジエン、ベンゾニトリル、trans-（E）-シアノビニルアセチレン、HC4NC、およびプロパルギルシアニドなどを観察しました。「まるでブティックに行って、奥の部屋があることを知らずにフロントエンドの在庫を閲覧しているようなものです。私たちは50年ほど小さな分子を集めてきましたが、今では裏口があることに気づきました。いつそのドアを開けて調べてみると、予想外の分子と化学の巨大な倉庫が見つかりました」とマクガイア氏は述べています。「いつも、私たちが前に見た場所のすぐ先に潜んでいました。」
マクガイアとGOTHAMプロジェクトの他の科学者は、2018年にマクガイアがベンゾニトリルを最初に検出した後、2年以上にわたってTMC-1の分子を「探し求め」てきました。。プロジェクトの最新の観測結果は、今後数年間、天体物理学に影響を与える可能性があります。「これまで検出できたものとは異なり、まったく新しい分子のセットに出くわしました。これにより、これらの分子が互いにどのように相互作用するかについての理解が完全に変わります。下流に影響があります」とMcGuire氏は述べています。さらに、これらの分子は最終的に十分に大きくなり、星間塵の種に凝集し始めます。「これらの分子が星間塵の種になるほど大きくなると、小惑星、彗星、惑星の組成、氷が形成される表面、そしておそらく惑星が存在する場所にさえ影響を与える可能性があります。星系内で形成されます。」
TMC-1での新しい分子の発見は、天体化学にも影響を及ぼします。チームはまだすべての答えを持っているわけではありませんが、ここでの影響も数十年続くでしょう。「私たちは、検出が非常に簡単な一次元の炭素化学から、新たに発見された分子が化学者が知っていて認識し、地球上で生成できる分子であるという意味で、宇宙での実際の有機化学に移行しました」と述べています。マッカーシー。「そしてこれは氷山の一角に過ぎません。これらの有機分子がそこで合成されたものであれ、輸送されたものであれ、それらは存在し、その知識だけがこの分野の根本的な進歩です。」
2018年にGOTHAMが発売される前に、科学者たちは天の川の星間物質に約200個の個々の分子をカタログ化していました。これらの新しい発見により、チームは疑問に思うようになりました。当然のことながら、そこには何があるのでしょうか。「これらの観察、この発見、およびこれらの分子についての驚くべきことは、誰も見ていなかった、または十分に一生懸命に見えなかったことです」とマッカーシーは言いました。「私たちが探していなかったものが他に何があるのか不思議に思うでしょう。」
科学者が発見しているこの新しい芳香族化学は、TMC-1に限定されていません。ARKHAM（芳香族分子の厳密なK / Kaバンド調査ハンティング）として知られるGOTHAMのコンパニオン調査では、最近、複数の追加オブジェクトでベンゾニトリルが検出されました。「信じられないことに、ARKHAMによって観測された最初の4つの物体のすべてにベンゾニトリルが見つかりました」とCfAのサブミリ波アレイ博士研究員でGOTHAMの共同主任研究員であるAndrewBurkhardtは述べています。「GOTHAMが宇宙で可能な化学の限界を押し広げている一方で、これらの発見は、TMC-1で芳香族分子について学んだことが、どこの暗い雲にも広く適用できることを示唆しているため、これは重要です。これらの暗い雲は星や惑星の最初の発祥の地だから、
McGuire、McCarthy、およびBurkhardtに加えて、次の研究者がこのプロジェクトに貢献し、研究を主導しました。MITのKin Long Kelvin Lee; 国立電波天文台のライアン・ルーミス、アンソニー・レミジャン、エマニュエル・モムジャン。ベネディクティン大学のクリストファーN.シングルデッカー; NASAゴダードのスティーブンB.チャーンリーとマーティンA.コーディナー。バージニア大学のEricHerbst、Eric R. Willis、Ci Xue、およびMarkSiebert。そして、レベデフ物理学研究所のセルゲイ・カレンスキー。このプロジェクトは、シュトゥットガルト大学、マックスプランク研究所、アメリカカトリック大学からも研究支援を受けました。
マサチューセッツ工科大学について
化学のMIT部門は、その共通の目標の新しい化学の知識を作成するために、化学的、科学の次のフロンティアを定義する最も優秀な学生の次の世代を指導することで、包括的支援、そして革新的なコミュニティです。
国立電波天文台について
国立電波天文台が関連する大学の協力協定の下で作動国立科学財団の施設であり、Inc.は1956年に設立され、NRAOは、国際科学界で使用するための最先端の電波望遠鏡施設を提供します。NRAO望遠鏡は、機関や国の所属に関係なく、すべての天文学者に開放されています。NRAO望遠鏡での観測時間は、科学的メリット、作業を行う機器の能力、および要求された時間中の望遠鏡の可用性に基づいて研究提案を評価した後、資格のある科学者が競争力を持って利用できます。NRAOはまた、教師、学生、一般市民、およびメディア向けに、教育および公的支援の公式および非公式の両方のプログラムを提供しています。
グリーンバンク天文台について
グリーンバンク天文台は、世界最大の完全に操縦可能電波望遠鏡、国立科学財団のグリーンバンク望遠鏡（GBT）の一つに家です。天文台にはいくつかの追加の機器とアレイがあり、2つの補完的な電波干渉保護ゾーン、ナショナルラジオクワイエットゾーンとウェストバージニア電波天文学ゾーンによって保護されています。
参考文献
「星間HC4NCの検出とTMC-1条件下でのイソシアノポリイン化学の調査」、C。Xueet al。、2020年9月1日、The Astrophysical Journal Letters [プレプリントPDF ]
「GOTHAMの初期科学：プロジェクトの概要、方法、およびTMC-1における星間プロパルギルシアン化物（HCCCH2CN）の検出」B. McGuire et al。、2020年9月1日、The Astrophysical Journal Letters [プレプリントPDF ]
「スペクトル線スタッキング技術の調査とHC11Nの検出への応用」R.Loomis et al。、2021 Jan. 11、Nature Astronomy [ pre-print pdf ]
「星形成の初期段階における遍在する芳香族炭素化学」、AM Burkhardt et al。、2021年1月11日、ネイチャーアストロノミー[プレプリントPDF ]
「高極性5員環シアノシクロペンタジエンの星間検出」、M。マッカーシー他、2021年2月、ネイチャーアストロノミー[プレプリントPDF ]
「TMC-1のGOTHAM観測における星間トランスシアノビニルアセチレン（HCCCH = CCHCN）とビニルシアノアセチレン（H2C = CHC3N）の発見」K. Lee et al。、2021 Feb. 11、The Astrophysical Journal Letters [ preprint PDF ]
「2-シアノシクロペンタジエン、C5H5N、TMC-1に向かう2番目の5員環の星間検出」K. Lee etal。2021年、アストロフィジカルジャーナルレターを受理[プレプリントPDF ]
「スペクトル整合フィルタリングによる2つの星間多環芳香族炭化水素の検出」McGuireet al。、2021 3月19日、Science
「分子雲の芳香族化合物と環状分子：星間有機化学の新次元」、McCarthy＆McGuire 2021、The Journal of Physical Chemistry A
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