宇宙で発見された化学物質のリストは、ますます長くなっている。天文学者たちは、彗星や小惑星、さらには宇宙空間を自由に漂っているものから、アミノ酸やその他の生命の構成要素を発見してきた。そして今、研究者たちはそのリストに加えるべき、新たな複雑な化学物質を発見した事を報告している。
新しい化学物質は、2-メトキシエタノール（CH3OCH2CH2OH）として知られている。これは、科学者が宇宙で発見したいくつかのメトキシ分子のひとつである。しかし、13個の原子を持つこの分子は、これまでに発見された中で最も大きく複雑なもののひとつだ。
McGuire Groupと呼ばれる科学者チームは、宇宙での化学物質の検出を専門としている。McGuire Groupとフロリダとフランスの研究機関の他の研究者が協力して2-メトキシエタノールを発見した。
研究者たちはこの発見を『Astrophysical Journal Letters』誌に発表した。タイトルは “Rotation Spectrum and First Interstellar Detection of 2-methoxyethanol Using ALMA Observations of NGC 6334I“。筆頭著者は、マサチューセッツ工科大学McGuire Groupの大学院生、Zachary Friedである。
「宇宙には、ジメチルエーテル、メトキシメタノール、エチルメチルエーテル、ギ酸メチルなど、数多くの “メトキシ”分子が存在しますが、2-メトキシエタノールはこれまでに見た中で最も大きく、複雑な分子でしょう」と主執筆者のFried氏は言う。
研究者たちはこの巨大分子を偶然発見したわけではない。宇宙で新しい化学物質を検出するための共同研究の一環として発見されたのだ。すべては機械学習から始まった。2023年、ある機械学習モデルが2-メトキシエタノールを探すことを提案した。次のステップは研究室で、研究者たちは地球上で分子の回転スペクトルを測定・分析する実験を行った。
「私たちは、分子の回転スペクトル、つまり、分子が宇宙空間で端から端まで転がりながら放つ独特の光のパターンを見ることによって、これを行うのです。これらのパターンは分子の指紋（バーコード）です。宇宙で新しい分子を発見するためには、まず探したい分子が何であるかを考え、次に地球上の研究室でそのスペクトルを記録し、最後に望遠鏡を使って宇宙でそのスペクトルを探すのです」と、Fried氏は説明する。
研究者たちは、マイクロ波からサブミリ波領域（約8ギガヘルツから500ギガヘルツ）までの広帯域にわたって分子のスペクトルを測定した。
このデータを手に、研究者たちはALMA（アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計）に目を向けた。ALMAは2つの星形成領域からデータを収集した：NGC6334IとIRAS16293-2422Bである。McGuireグループ、国立電波天文台、コペンハーゲン大学の研究者たちは、ALMAの観測データの分析に取り組んだ。
「最終的に、2-メトキシエタノールの25本の回転線がNGC 6334Iで観測された分子シグナルと一致した（バーコードが一致した！）ので、この天体の2-メトキシエタノールを確実に検出することができました。この結果、NGC 6334Iで観測された分子シグナルとバーコードが一致し、この天体の2-メトキシエタノールを確実に検出することができた。また、既知の星間前駆体から化学的に形成される経路を調べることもできました」。
ここ地球上では、2-メトキシエタノールは主に溶剤として使用されている。骨髄や睾丸に毒性がある。しかし、この地球上での地位は、その発見とは関係ない。
この大きな分子は生命の構成要素でもない。その大きさと複雑さが重要なのだ。科学者たちは、星や惑星が形成される領域で化学がどのように進化し、大きな分子を形成するかを理解することに興味がある。
「私たちのグループは、星や太陽系が最終的に形成される宇宙空間にどのような分子が存在するかを理解しようとしています。これによって、星や惑星が形成される過程とともに、化学がどのように進化していくのかを解明することができるのです」。
分子の複雑さは生命の特徴であるため、もちろん科学者たちは宇宙における分子の複雑さを理解したいと考えている。2021年現在、科学者たちは太陽系外の宇宙空間で原子13個より大きい分子を6個しか発見していない。McGuire Groupはその多くを発見した。
分子の発見は最初のステップだ。次のステップは、それらがどこでどのように形成されるかを解明することだ。2-メトキシエタノールと生命との間に直接的なつながりはないが、すべての複雑な化学は、複雑な化学一般について教えてくれる何かを持っている。
「大きな分子の継続的な観測と、それに続くその存在量の導出によって、大きな分子がどのように効率よく形成されるのか、またどのような特定の反応によって生成されるのかについての知識を深めることができます。さらに、我々はこの分子をNGC 6334Iで検出したが、IRAS 16293-2422Bでは検出しなかったので、これらの2つの天体の物理的条件の違いが、起こりうる化学にどのように影響しているかを調べるユニークな機会を与えられました」と、Fried氏は述べている。
NGC 6334IはIRAS 16293-2422Bに比べて質量の大きい星形成領域である。つまり、放射線場が増強されている可能性がある。その強化された放射線は、2-メトキシエタノールの前駆体をより多く生成し、最終的に分子そのものをより多く生成する可能性がある。ダストの温度が高かったことも影響しているかもしれない。ダストの温度が高いと、ダストの移動性が高まり、化学片が再結合しやすくなる。
機械学習を含め、観測ツールや手法が日々進歩しているおかげで、宇宙化学は開花しつつある分野だ。地球上の生命がどのようにして誕生したのか、そして銀河系の他の場所で生命が誕生する可能性があるのかを理解するためには、宇宙化学が重要な役割を果たすだろう。2-メトキシエタノールは生命とは直接関係ないが、それでもその検出は科学者に何かを伝えている。
この記事は、EVAN GOUGH氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。
コメント