Nuove scoperte di radicali di zolfo in TMC-1
I ricercatori scoprono nuovi radicali NC S e HC S nelle nubi oscure fredde.
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Indice
TMC-1 è una zona nello spazio dove gli scienziati studiano le molecole che esistono nelle fredde nubi scure. Recentemente, i ricercatori hanno trovato due nuovi tipi di radicali: NC S e HC S. I radicali sono molecole che contengono un elettrone spaiato, il che le rende molto reattive. Queste scoperte sono state fatte usando una linea di indagine speciale chiamata sondaggio lineare QUIJOTE, che fa osservazioni dettagliate dell'area.
I risultati mostrano che la quantità di questi radicali in TMC-1 è significativa. I ricercatori hanno misurato l'abbondanza di NC S a circa 1,4 volte 10 alla 12esima molecole per centimetro quadrato, mentre per HC S è risultato circa 1,5 volte 10 alla 12esima molecole per centimetro quadrato. Hanno anche cercato un'altra molecola chiamata NCCS, ma hanno trovato solo pochi segnali che suggerivano la sua presenza, il che significa che non sono riusciti a confermare la sua abbondanza.
Anche se hanno cercato versioni più lunghe di questi radicali, non hanno trovato alcuna prova di esse nei dati raccolti. Il modello chimico usato ha mostrato che le reazioni che creano HC S e NC S non corrispondono alle quantità osservate. Hanno scoperto che certe reazioni che coinvolgono Zolfo e idrogeno contribuiscono alla formazione di questi radicali, ma vengono anche distrutti rapidamente quando reagiscono con altri atomi neutri.
Importanza dello Zolfo nello Spazio
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno imparato molto sui composti contenenti zolfo in TMC-1. Prima di questa ricerca, un numero limitato di molecole contenenti zolfo era stato trovato, come CS, CCS e CCCS. Queste molecole si trovano nelle fredde nubi scure e la loro abbondanza è spesso influenzata da quanto zolfo sia disponibile e da quanto siano sensibili le tecniche di misurazione.
In TMC-1, il numero di diverse molecole contenenti zolfo è aumentato. Grazie al sondaggio lineare QUIJOTE, i ricercatori hanno scoperto 14 nuove molecole contenenti zolfo negli ultimi anni. Questo include molecole come C S, HCCS e HCSCN. L'attrezzatura ultra-sensibile usata in questo sondaggio ha migliorato la capacità di catturare queste molecole a bassa abbondanza nelle osservazioni.
Il sondaggio QUIJOTE ha migliorato la comprensione della composizione chimica di TMC-1 e ha reso possibile identificare nuove specie. I ricercatori stanno continuamente lavorando per affinare i loro modelli chimici per capire come queste molecole appena rilevate si formino e scompaiano.
Il Sondaggio Lineare QUIJOTE
Il sondaggio lineare QUIJOTE viene condotto usando un radiotelescopio da 40 metri situato in Spagna. Questo telescopio è gestito dall'Istituto Geografico Spagnolo e ha un'alta sensibilità per rilevare segnali deboli dallo spazio. Il sondaggio osserva un intervallo di frequenze specifiche, permettendo agli scienziati di raccogliere dati su una varietà di molecole.
Il ricevitore usato in questo sondaggio è progettato per funzionare a frequenze specifiche e aiuta a catturare segnali dalla regione osservata in TMC-1. I dati raccolti durante il sondaggio comprendono molte ore di osservazione, per un totale di oltre 1200 ore. Le variazioni di temperatura e altri parametri del sistema di osservazione vengono monitorati attentamente per garantire risultati accurati.
L'analisi dei dati viene eseguita utilizzando software specializzati che aiutano a identificare le diverse linee e transizioni associate a varie molecole. Analizzando i segnali ricevuti da TMC-1, gli scienziati possono dedurre la presenza e l'abbondanza di diverse specie.
Osservazioni di NC S
La ricerca della molecola NC S è iniziata quando i ricercatori hanno rilevato diverse linee ad essa associate. Hanno identificato sei linee correlate e confermato la presenza di azoto nella molecola. I risultati indicano che stavano osservando un radicale, come dimostrano i numeri quantici semi-interi trovati nelle misurazioni.
Le caratteristiche delle linee suggeriscono che NC S si comporta in modo simile ad altre molecole già identificate in TMC-1. Confrontando le frequenze osservate con i dati di laboratorio, gli scienziati sono stati in grado di derivare costanti importanti che descrivono il comportamento della molecola.
Hanno anche stimato la densità areale di NC S basandosi sulla sua intensità osservata e hanno derivato un valore che indica la sua abbondanza in TMC-1.
Ricerca di NCCS e Catene Più Lunghe
Dopo aver identificato NC S, i ricercatori hanno spostato la loro attenzione sulla ricerca di NCCS, una molecola correlata. Purtroppo, non è stata trovata alcuna prova chiara di NCCS, ma sono stati in grado di confermare il suo limite superiore, il che indica che la sua presenza è meno probabile.
Lo studio di NCCS è stato complesso a causa della sovrapposizione con altri segnali, che ha reso difficile la conferma. I ricercatori avevano precedentemente studiato versioni più lunghe della famiglia NC S in laboratorio, ma non sono riusciti a rilevarle nelle osservazioni attuali.
L'analisi delle transizioni attese di NCCS ha indicato che erano presenti solo segnali limitati, portando a definire solo limiti superiori per la sua abbondanza.
Osservazioni di HC S
La molecola HC S era già nota per essere presente in TMC-1, e la sua rilevazione è stata più semplice. Le misurazioni hanno rivelato diverse linee chiaramente definite, indicando che HC S era effettivamente abbondante nell'area. I ricercatori hanno misurato la densità areale di HC S a circa 1,5 volte 10 alla 12esima molecole per centimetro quadrato.
La presenza di HC S è stata confermata sulla base delle caratteristiche uniche trovate nei dati. Le caratteristiche che permettono la sua rilevazione erano evidenti quando si analizzavano le diverse transizioni e le loro corrispondenti intensità. È stato calcolato anche il rapporto tra HC S e altre molecole correlate per fornire una migliore comprensione delle loro abbondanze relative.
Modelli Chimici e Previsioni
I ricercatori hanno usato un modello chimico per capire meglio come HC S e NC S potrebbero formarsi e cambiare all'interno di TMC-1. Hanno basato i loro calcoli su un modello standard di nube densa e fredda e hanno usato una rete chimica ben consolidata per capire le possibili reazioni.
I loro risultati hanno mostrato un numero limitato di reazioni per HC S, evidenziando in particolare che la sua formazione avviene principalmente attraverso la reazione tra zolfo e metano. Il modello ha anche indicato che HC S si rompe principalmente attraverso reazioni con altri atomi come ossigeno e azoto.
Per NC S, è stato fatto un modello simile per scoprire i suoi percorsi di formazione. I calcoli hanno suggerito che la formazione di NC S sarebbe strettamente legata all'abbondanza di HC S, poiché funge da precursore per NC S. Tuttavia, i valori previsti dai modelli erano ancora inferiori alle quantità osservate, indicando un divario nella comprensione attuale.
Conclusione
Le scoperte dei radicali NC S e HC S in TMC-1 hanno aperto nuove strade per la ricerca sulla composizione chimica dello spazio. Le osservazioni fatte utilizzando il sondaggio lineare QUIJOTE hanno fornito dati importanti che contribuiscono alla comprensione dello zolfo nelle fredde nubi scure.
I ricercatori continuano a perfezionare i loro modelli ed esplorare la chimica coinvolta nella formazione e distruzione di queste molecole. La complessità di queste reazioni e il ruolo che varie specie giocano nelle loro interazioni evidenziano la necessità di studi più dettagliati nel campo dell'astrochimica.
Con ogni nuova scoperta, gli scienziati stanno gradualmente componendo un quadro più chiaro dei processi chimici in atto nello spazio. La ricerca in corso in TMC-1 e in regioni simili fornirà preziose intuizioni sui processi fondamentali che plasmano l'universo.
Titolo: More sulphur in TMC-1: Discovery of the NC$_3$S and HC$_3$S radicals with the QUIJOTE line survey
Estratto: We present the detection of the free radicals NC$_3$S and HC$_3$S towards TMC-1 with the QUIJOTE line survey. The derived column densities are (1.4$\pm$0.2)$\times$10$^{11}$ for NC$_3$S and (1.5$\pm$0.2)$\times$10$^{11}$ for HC$_3$S. We searched for NCCS, but only three transitions are within the domain of our QUIJOTE line survey and the observed lines are marginally detected at the 3$\sigma$ level, providing an upper limit to its column density of $\leq$6$\times$10$^{10}$ cm$^{-2}$. We also unsuccessfully searched for longer species of the NC$_n$S (n$\ge$4) and HC$_n$S (n$\ge$5) families in our TMC-1 data. A chemical model based on a reduced set of reactions involving HC$_3$S and NC$_3$S predicts abundances that are 10-100 times below the observed values. These calculations indicate that the most efficient reactions of formation of HC$_3$S and NC$_3$S in the model are S + C$_3$H$_2$ and N + HC$_3$S, respectively, while both radicals are very efficiently destroyed through reactions with neutral atoms.
Autori: J. Cernicharo, C. Cabezas, M. Agúndez, R. Fuentetaja, B. Tercero, N. Marcelino, P. de Vicente
Ultimo aggiornamento: 2024-07-21 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://arxiv.org/abs/2407.15275
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.15275
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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