Brett McGuire tìm kiếm không gian cho hóa học của cuộc sống

Trong một thực tế khác, không gian có thể có mùi như hạnh nhân. Rốt cuộc, các nhà khoa học khảo sát các hóa chất trong vũ trụ đã tìm thấy benzonitrile; chỉ cần một chút hợp chất sẽ lấp đầy lỗ mũi của bạn với một mùi hạnh nhân đắng.

Nhưng vũ trụ của chúng ta quá rộng lớn. Không gian của Mùi có mùi như không có gì, Nói rằng nhà hóa học Brett McGuire. Càng ở đó không đủ để có được một tiếng rít thực sự.

McGuire, 32 tuổi, thuộc Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia ở thành phố Charlottesville, Va., Đã xác nhận sự hiện diện của benzonitrile trong một đám mây đen ở dải ngân hà. Ông cũng phát hiện ra một số phân tử phức tạp nhất trong không gian cho đến nay. Bằng cách tìm ra các phân tử ngoài kia, anh và những người khác hy vọng tìm hiểu làm thế nào hóa học hữu cơ trải qua mọi sự sống trên Trái đất - và có lẽ bất cứ nơi nào khác trong vũ trụ - bắt đầu trong không gian.

McGuire bắt đầu vào vũ trụ với tư cách là một chuyên gia hóa học tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign. Trong một cuộc nói chuyện, Ben McCall, hiện là chuyên gia về tính bền vững tại Đại học Dayton ở Ohio, đã giải thích những gì anh ta làm để kiếm sống. Anh ta nói một cái gì đó giống như, tôi thổi bay lên, tra tấn nó bằng tia laser và sau đó tôi tìm nó trong không gian, ông McG McGire nhớ lại.

Đủ nói. McGuire đã dành mùa hè đó làm việc trong phòng thí nghiệm McCall, xây dựng máy quang phổ để nghiên cứu cách khí hydro, H2, phản ứng với H3 + - ba nguyên tử hydro chỉ có hai electron. Một số nghiên cứu của McCall, bao gồm các loại khí đốt của các phân tử đơn giản với điện - Một tia sét thu nhỏ thực tế, hồi McGuire nói - để buộc các nguyên tử kết hợp lại thành các hợp chất mới có thể mua trong chai.

Cam Brett là một nhà khoa học trẻ rất sớm phát triển, ông McC McCall nói. Đây là lần duy nhất tôi có một sinh viên thực sự bắt đầu một nhạc cụ mới từ đầu như một sinh viên chưa tốt nghiệp.

The discovery of benzonitrile in a dust cloud in the Milky Way suggests that complex molecules can form from the buildup of smaller molecules in space. (Carbon is black, hydrogen white and nitrogen blue.)BEN MILLS AND JYNTO/WIKIMEDIA COMMONS

Bởi vì không gian quá lớn và hầu như trống rỗng, ít nhất là theo tiêu chuẩn Trái đất, phải mất hàng triệu năm để hai phân tử bay xung quanh như những quả bóng bi-a để đến gần đủ để tương tác. Tuy nhiên, nó không chỉ là những quả bóng bi-a trung tính ngoài kia, mà McG McGire nói. Một phân tử tích điện, như H3 +, đã được phát hiện trong không gian giữa các vì sao, có thể kéo các phân tử khác lại gần hơn. Tại một số điểm, ít nhiều tất cả hóa học trong không gian có thể tự quay trở lại H3 + tại một số điểm.

Và tất cả hóa học đó bao gồm một số thứ giống như thật trêu ngươi. Năm 2016, McGuire và các đồng nghiệp đã báo cáo phát hiện propylene oxide trong một đám mây khí trong Dải Ngân hà. Đó là phân tử đầu tiên được nhìn thấy trong không gian, giống như các axit amin tạo nên protein và rất cần thiết cho sự sống trên Trái đất, có hai dạng là hình ảnh phản chiếu lẫn nhau. Các vòng lớn carbon và hydro, được gọi là hydrocarbon thơm đa vòng, hay PAHs, cũng đã được phát hiện xung quanh các ngôi sao chết hoặc sắp chết - mặc dù nó rất khó để biết có bao nhiêu carbons và hydrogens mà PAH chứa.

PAH được cho là hạt giống của bụi, các hành tinh và hóa học hữu cơ trong thiên hà của chúng ta và các thiên hà khác, McGuire nói. Vậy làm thế nào để họ hình thành? Làm thế nào để bạn đi từ H3 + đến những thứ theo nghĩa đen nhấp vào nhau để tạo nên các khối xây dựng của cuộc sống?

Công việc liệt kê những gì mà ngoài kia chủ yếu diễn ra trong phòng thí nghiệm trên Trái đất. McGuire bơm một luồng khí của phân tử mà ông Quan tâm vào một buồng chân không lớn, nơi nhiệt độ và áp suất thấp làm cho khí giãn nở. Sau đó, anh ta chạm vào khí với một xung vi sóng cực mạnh hoặc bức xạ vô tuyến, khiến các phân tử rơi xuống. Khi chúng rơi xuống, các phân tử phát ra các photon ở một tần số cụ thể. Chữ ký ánh sáng đó, được gọi là phổ xoay phân tử, là thứ McGuire tìm kiếm khi ông tìm kiếm các phân tử đó trong không gian.

Khi McGuire biết dấu vân tay phân tử mà anh ta đuổi theo, anh ta quay sang kính viễn vọng vô tuyến để tìm bản in tương tự trong không gian. Nhiều nhà khoa học tập trung vào một nhánh của quá trình này hay nhánh kia, quang phổ phòng thí nghiệm hoặc thiên văn học giữa các vì sao; chỉ một số ít có chuyên môn trong cả hai. Giáo sư Brett là một trong số rất ít người

Để đánh hơi hạt hạnh nhân trong không gian, McGuire và các đồng nghiệp đã tập trung Kính viễn vọng Ngân hàng Xanh Robert C. Byrd ở Tây Virginia trên TMC-1, một đám mây đen cách Trái đất khoảng 450 năm ánh sáng, nơi có thể có những ngôi sao đang xem xét bắt đầu hình thành, McGuire nói. Bốn mươi giờ quan sát đã xác nhận rằng benzonitrile, một vòng benzen có phân tử xyanua bị kẹt ở đầu, đã ở đó.

Scientists have detected complex molecules in TMC-1, a stellar nursery in the Milky Way. The cloud lacks big, bright stars, and its dust grains glow only faintly (shown in orange).ESO

Gần đây, McGuire và các đồng nghiệp đang tiến tới một giải thưởng lớn hơn: PAH cụ thể trong không gian giữa các ngôi sao. Biết trang điểm của PAHs trong không gian sẽ giúp tiết lộ cách chúng nhấp vào nhau từ các phân tử nhỏ hơn, McGuire nói. Tìm kiếm các phân tử này sẽ cho thấy rằng hóa học tiên tiến đang xảy ra, trong một số trường hợp trước khi các ngôi sao bắt đầu hình thành.

Ryan Fortenberry và các phân tử phức tạp hơn mà nó gợi ý là một dấu hiệu rõ ràng đầu tiên của hóa học dựa trên carbon trong không gian, Ryan Fortenberry, một nhà hóa học tại Đại học Mississippi, Oxford, người đã tham gia vào phát hiện benzonitrile. Trước đây, chúng tôi chỉ đi lang thang trong vùng hoang dã, theo Fort Fortenberry. Bây giờ chúng tôi đã tìm thấy đường mòn.