Утисак уметника о свемирском опсерваторију Херсцхел са опажањима формирања звезда у магли Росетте у позадини.
(Слика: © Ц. Царреау / ЕСА)
Адам Хадхази, писац и уредник за фондацију Кавли, дао је овај чланак стручним гласовима Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.
Од ријетких камповања до стварања међународног консензуса о опсерваторијама са великим буџетом, добитник награде Кавли за 2018. годину говори о свом личном и професионалном путу у пољу астрохемије.
НИ СВЕ ПРОСТОРИЈЕ ТАКО ЈЕ БАРРЕНО МЕСТО. Галаксије су испуњене прашњавим облацима који садрже богат молекулу, у распону од једноставног водоника до сложених органских супстанци критичних за животни развој. Схватајући како се сви ти космички састојци мешају у формирању звезда и планета животно је дело Евине ван Дисхоецк.
Хемичар који је тренирао, Ван Дисхоецк је убрзо скренуо поглед према космосу. Била је пионир многих напретка у новом пољу астрохемије, користећи најновије телескопе да би открила и описала садржај огромних облака који носе звезде. Паралелно с тим, Ван Дисхоецк је вршио лабораторијске експерименте и квантне прорачуне терра фирма разумети распад космичких молекула звезданом светлошћу, као и услове под којима се нови молекули спајају заједно као Лего цигле. [8 Тајанствена астрономска мистерија]
"За свој комбиновани допринос опсервацијској, теоријској и лабораторијској астрохемији, расветљавању животног циклуса међузвездних облака и стварању звезда и планета," Ван Дискоцк је добила Кавли награду за астрофизику 2018. године. Она је тек други лауреат у било којој области који се одликовао као једини добитник награде током своје историје.
Да би сазнала више о њеној пробојној каријери у астрохемији и шта је следеће на том пољу, Фондација Кавли разговарала је с ван Дисхоецком из своје канцеларије у Опсерваторију Леиден на Универзитету у Леиден-у, у Холандији, непосредно пре него што је присуствовала роштиљу. Ван Дисхоек је професор молекуларне астрофизике и изабрани председник Међународне астрономске уније (ИАУ).
Следи уређени транскрипт округлог стола. Ван Дисхоецк је добила прилику да измени или измени своје примедбе.
ФОНДАЦИЈА КАВЛИ: Шта нам астрохемија говори о себи и универзуму у којем живимо?
ЕВИНЕ ВАН ДИСХОЕЦК: Укупна прича испричана из астрохемије је шта је наше порекло? Одакле потичемо, како смо грађени? Како су настали наша планета и сунце? То нас на крају доводи до покушаја откривања основних грађевних блокова сунца, Земље и нас. То је попут Легоса - желимо да знамо који су комади били у згради Лего-а за наш соларни систем.
Најосновнији блокови су наравно хемијски елементи, али како се ти елементи комбинују да би створили веће грађевинске блокове - молекуле - у простору је пресудно за разумевање како је све остало настало.
ТКФ: Ви и други истраживачи сте идентификовали више од 200 ових молекуларних градивних блокова у свемиру. Како се поље развијало током ваше каријере?
ЕВД: Седамдесетих година прошлог века почели смо да налазимо да су врло необични молекули, попут јона и радикала, релативно обилни у простору. Ови молекули недостају или имају непарне електроне. На Земљи не истрају дуго јер брзо реагују на било коју другу материју коју сретну. Али пошто је простор толико празан, јони и радикали могу да живе десетинама хиљада година пре него што налете на било шта.
Сада крећемо ка идентификацији молекула присутних у самом срцу региона у којима се формирају нове звезде и планете, баш у овом тренутку. Пролазимо уочавајући изоловане јоне и радикале до засићенијих молекула. Они укључују органске молекуле [који садрже угљеник] у најједноставнијим облицима, попут метанола. Из тог основног градивног блока метанола можете да се надоградите до молекула попут гликолалдехида који је шећер и етилен гликола. Обоје су „пребиотски“ молекули, што значи да су потребни за евентуално формирање молекула живота.
Тамо где се следеће поље астрохемије креће даље је од пописа молекула и до покушаја да се схвати како се формирају ти различити молекули. Покушавамо да разумемо и зашто можемо да нађемо веће количине одређених молекула у одређеним космичким регионима у односу на друге врсте молекула.
ТКФ: Оно што сте управо рекли чини ми се аналогија: Астрохемија је сада мање у проналажењу нових молекула у свемиру - налик на зоологе који траже нове животиње у џунгли. Поље је сада више о "екологији" интеракције тих молекуларних животиња и зашто их има толико много у свемиру, али тако мало тамо, и тако даље.
ЕВД: То је добра аналогија! Док схватамо физику и хемију формирања звезда и планета, значајан део открива зашто неки молекули обилују у одређеним међузвездним регионима, али „изумиру“, баш као што би то могле бити и животиње у другим регионима.
Ако наставимо вашу метафору, заиста постоји много занимљивих интеракција између молекула које се могу упоредити са животињском екологијом. На пример, температура је контролни фактор у понашању и интеракцијама молекула у свемиру, што такође утиче на активност животиња и где живе, и тако даље.
ТКФ: Враћајући се идеји о грађевинским блоковима, како тачно функционише процес изградње у астрохемији?
ЕВД: Важан концепт за изградњу молекула у свемиру је онај који знамо из свакодневног живота овде на Земљи, који се назива фазни прелаз. Тада се чврста твар растопи у течност или течност испарава у гас и тако даље.
Сада у свемиру, сваки молекул има своју „линију снега“, а то је подела између гасне и чврсте фазе. Тако, на пример, вода има снежну линију, где иде од воденог гаса до воденог леда. Треба истакнути да течни облици елемената и молекула не могу постојати у простору јер је премали притисак; вода може да буде течна на Земљи због притиска атмосфере планете.
Враћајући се линијама снега, сада откривамо да они играју врло важну улогу у формирању планета, контролишући доста хемије. Један од најважнијих Лего грађевинских блокова, да тако кажемо, је угљен-моноксид. На земљи смо упознати са угљен-моноксидом јер се, на пример, ствара у сагоревању. Моје колеге и ја смо демонстрирали у лабораторији у Леиден-у да је угљен моноксид полазна основа за стварање много сложенијих органских делова у свемиру. Замрзавање угљен-моноксида из гаса у чврсту фазу је пресудни први корак за додавање Лего градивних блокова водоника. То вам омогућава да наставите са изградњом већих и већих молекула попут формалдехида [ЦХ2О], затим метанол, на гликолалдехид као што смо разговарали, или чак можете прећи на сложеније молекуле попут глицерола [Ц3Х8О3].
То је само један пример, али даје вам осећај како се процес стварања гради у астрохемији.
ТКФ: Управо сте поменули свој лабораториј у Леиден опсерваторију Сацклер Лабораторија за астрофизику, за коју знам да има разлику као прва лабораторија астрофизике. Како је то било и шта сте тамо постигли?
ЕВД: Тако је. Маио Греенберг, пионирски астрохемичар, покренуо је лабораторију 1970-их и заиста је био први такве врсте за астрофизику у свету. Он се повукао и онда сам наставио лабораторију. На крају сам постао директор ове лабораторије почетком деведесетих и тако сам остао до 2004. године, када је колега преузео вођство. И даље сарађујем и спроводим експерименте тамо.
Оно што смо успјели постићи у лабораторији су екстремни услови простора: његова хладноћа и зрачење. Можемо репродуковати температуре у простору до 10 келвина [минус 442 степена Фаренхајта; минус 260 степени Целзијуса], што је само мали замах изнад апсолутне нуле. Такође можемо поново створити интензивно ултраљубичасто зрачење у звезданој светлости којој су молекули подложни у регионима формирања нових звезда. [Звездани квиз: Тестирајте своје звездасте паметнике]
Међутим, тамо где не успевамо, репродукујемо празнину простора, вакуум. Сматрамо да ће ултра-висок вакуум у лабораторији имати од 108 до 1010 [сто милиона до десет милијарди] честица по кубном центиметру. Оно што астрономи називају густим облаком, где се догађају формирање звезда и планета, има само око 104, односно око 10.000 честица по кубном центиметру. То значи да је густи облак у свемиру и даље милион пута прашнији од најбољег што можемо учинити у лабораторији!
Али то у коначници дјелује у нашу корист. У екстремном вакууму простора, хемија која нас занима како бисмо разумели креће се веома, веома споро. То једноставно неће успјети у лабораторији, гдје не можемо чекати 10.000 или 100.000 година да се молекули налете један на другог и међусобно комуницирају. Уместо тога, морамо бити у стању да одрадимо реакцију за један дан да бисмо научили било шта о временским размерама научне каријере у човеку. Тако убрзавамо све и можемо превести оно што видимо у лабораторији на далеко дуже временске размере у простору.
ТКФ: Поред рада у лабораторији, током своје каријере користили сте и низ телескопа за проучавање молекула у свемиру. Који су инструменти били кључни за ваше истраживање и зашто?
ЕВД: Нови инструменти су били пресудни током моје каријере. Астрономија је заиста вођена запажањима. Имати све снажније телескопе у новим таласним дужинама светлости је попут гледања у универзум другачијим очима.
Да вам дам пример, крајем 1980-их вратио сам се у Холандију када је земља била снажно укључена у опсерваторију инфрацрвеног простора, или ИСО, мисију коју је водила Европска свемирска агенција [ЕСА]. Имао сам срећу да је неко други 20 година напорно радио да би тај телескоп постао стварност и могао бих га радо користити! ИСО је био веома важан јер је отворио инфрацрвени спектар где смо могли видети све те спектралне потписе, попут хемијских отисака прстију, укључујући воду, који играју главну улогу у формирању звезда и планета и у случају воде, наравно од пресудне важности за живот. Било је то сјајно време.
Следећа врло значајна мисија била је свемирска опсерваторија Херсцхел, у коју сам се лично укључио као дипломски студент 1982. године. Са хемијске стране било је јасно да је Херсцхел била главна мисија за међузвездане молекуле, а посебно за „праћење водена стаза. " Али прво смо морали да ЕСА случај пренесе на науку. Одлазио сам у Сједињене Државе дужи низ година и водио сличне дискусије тамо, где сам помогао да се научни случај за Херсцхел претвори у америчке агенције за финансирање. Све је то био велики гурац све док мисија коначно није одобрена крајем деведесетих. Тада је још трајало 10 година да се направи и лансира, али коначно смо добили прве податке крајем 2009. Дакле, од 1982. до 2009. - то је био дуготрајан период! [Фотографије: Невероватне инфрацрвене слике свемирске опсерваторије Херсцхел]
ТКФ: Када и где се заљубила ваша љубав према простору и хемији?
ЕВД: Моја главна љубав увек је била према молекулама. То је почело у средњој школи са врло добрим наставником хемије. Много тога зависи од заиста добрих учитеља и мислим да људи увек не схватају колико је то важно. Тек кад сам завршио факултет, схватио сам да је физика једнако забавна као и хемија.
ТКФ: Који сте академски пут кренули да бисте на крају постали астрохемичар?
ЕВД: На Универзитету Леиден, магистрирао сам хемију и био сам убеђен да желим да наставим са теоријском квантном хемијом. Али професор на том пољу у Лејдену је умро. Тако да сам почео да тражим друге опције. Ја стварно у то време нисам много знао о астрономији. Управо је мој тадашњи дечко и садашњи супруг Тим управо чуо сет предавања о међузвездном медију, а Тим ми је рекао: "Знате, у простору постоје и молекули!" [Смех]
Почео сам са разматрањем могућности да радим тезу о молекулама у свемиру. Прелазио сам од једног професора до другог. Колега из Амстердама рекао ми је да да бих заиста дошао у област астрохемије, морам да идем на Харвард да радим са професором Александром Далгарном. Како се то догодило, у лето 1979, Тим и ја путовали смо у Канаду да присуствујемо Генералној скупштини Међународне астрономске уније у Монтреалу. Сазнали смо да су се састанци сателита одржавали пре Генералне скупштине, а један од њих се заправо догодио у овом специфичном парку у којем смо Тим и ја камповали. Идеја коју смо имали је била: "Па, можда бисмо требали искористити ову прилику и већ отићи да видимо овог професора Далгарна!"
Наравно, имали смо сву ову опрему за кампирање и одјећу, али имао сам једну чисту сукњу са собом коју сам обукао. Тим ме одвезао на сателитски састанак, нашли смо мог колегу из Амстердама, и он је рекао, "Ох, добро, упознаћу вас са професором Далгарном." Професор ме извео напоље, разговарали смо пет минута, питао ме шта сам урадио, шта је мој сет вештина астрохемије, а онда је рекао: „Звучи занимљиво; зашто не дођете да радите за мене?“ То је очигледно био најважнији тренутак.
Тако је све почело. Од тада никада нисам зажалила.
ТКФ: Да ли су вас други кључни тренуци, можда у дјетињству, ставили на пут ка научнику?
ЕВД: Уствари да. Имао сам око 13 година и мој отац је управо приредио сабат у Сан Дијегу у Калифорнији. Отишао сам из средње школе у Холандији, где смо углавном добијали часове латинског и грчког језика и наравно неку математику. Али још увек нисмо имали ништа у погледу хемије или физике, а биологија није почела бар једну или две године касније.
У средњој школи у Сан Дијегу, одлучио сам да проучим теме које су веома различите. Узео сам за пример шпански. Такође је постојала могућност да се бавите науком. Имао сам веома доброг учитеља, афроамериканца, што је у то време, 1968. године, било прилично необично. Била је врло инспиративна. Имала је експерименте, имала је питања и заиста је успела да ме привуче науком.
ТКФ: Сада се радујемо обећању великог милиметарског / субмилиметарског низа Атацама (АЛМА), који је отворен пре неколико година и један је од најамбициознијих и најскупљих пројеката земаљске астрономије који су икада спроведени. Астрофизичар Реинхард Гензел вам приписује помоћ у постизању међународног консензуса који стоји иза ове опсерваторије. Како сте се пријавили за АЛМА?
ЕВД: АЛМА је постигла невероватан успех као премијерна опсерваторија у овом посебном распону милиметарског и субмилиметарског светла који је важан прозор за посматрање молекула у свемиру. Данас се АЛМА састоји од 66 радио-телескопа са 7 и 12-метарским конфигурацијама који се протежу преко равнице високе висине у Чилеу. Био је то врло дуг пут да стигнемо до места на којем смо сада!
АЛМА је резултат снова многих хиљада људи. Био сам један од два члана европске стране у америчком Научно-саветодавном одбору за АЛМА. Добро сам познавао северноамеричку научну заједницу из својих шест година рада у САД-у. Две стране, као и Јапан, имали су веома различите концепте за АЛМА. Европљани су размишљали о телескопу који би могао да се користи за дубоку хемију раног свемира, док су Северноамериканци много више размишљали о великим сликама високе резолуције; једна група је говорила о изградњи телескопа од осам метара, а друга о телескопима од 15 метара. [Упознајте АЛМА: Невероватне фотографије са џиновског радио-телескопа]
Дакле, ја сам био један од људи који је помогао да се та два аргумента споје. Рекао сам: "Ако направите много већи низ, заправо сви побеђујемо." План је постао спајање већег броја телескопа у један низ, а не засебни низови који нису толико моћни. И то се догодило. Поставили смо тон заједничког рада на овом фантастичном пројекту, а не да будемо конкуренти.
ТКФ: Које нове границе су отварање АЛМА у астрохемији?
ЕВД: Велики скок који правимо с АЛМА-ом је у просторној резолуцији. Замислите да гледате град одозго. Прве слике Гоогле Земље биле су веома лоше - тешко да сте ишта могли видети; град је био велика мрља. Од тада су слике постале све оштрије и оштрије како се просторна резолуција побољшавала са камерама на сателитима. Данас можете видети канале [у холандским градовима], улице, чак и појединачне куће. Заиста можете видети како се цео град саставља.
Иста ствар се догађа и са матичним мјестима планета, а то су ти ситни дискови око младих звезда. Ти дискови су сто до хиљаду пута мањи од облака који смо гледали претходно у коме се рађају звезде. Помоћу АЛМА зумирамо у регионе у којима се формирају нове звезде и планете. То су заиста релевантне ваге за разумевање како ти процеси раде. А АЛМА, јединствено, има спектроскопске могућности за откривање и проучавање врло широког спектра молекула који учествују у тим процесима. АЛМА је фантастичан корак напред од свега што смо имали прије.
ТКФ: Нови телескопи које сте користили током читаве каријере показали су се изванредним. У исто време, још увек смо ограничени на оно што можемо видети у космосу. Кад унапред размислите будућим генерацијама телескопа, чему се највише надате?
ЕВД: Следећи корак у нашем истраживању је свемирски телескоп Јамес Вебб [ЈВСТ], постављен за лансирање 2021. године. Уз ЈВСТ, заиста се радујем што ћу видети органске молекуле и воду на још мањим размерама, и на различитим деловима планете - формирање зона, него што је то могуће код АЛМА.
Али АЛМА ће бити неопходна за наша истраживања још дуго - још 30 до 50 година. Има још толико тога што морамо открити с АЛМА. Међутим, АЛМА нам не може помоћи да проучавамо унутрашњи део диска који формира планету, и то на скали одакле се формирала наша Земља, само на малој удаљености од сунца. Плин у диску је тамо много топлији, а инфрацрвено светло које он емитује може бити заробљен инструментом који смо моји колеге и ја помогли имплементирати за ЈВСТ.
ЈВСТ је последња мисија на којој сам радио. Опет, случајно сам се укључио, али био сам у прилици да заједно са својим америчким партнерима и колегама помогнем. Неки од нас са европске и америчке стране окупили су се и рекли: „Хеј, желимо да се овај инструмент догоди и да то можемо учинити у партнерству 50/50“.
ТКФ: С обзиром на ваш рад на грађевинским блоковима који чине звезде и планете, да ли космос делује подложно или чак води животу?
ЕВД: Увек кажем да пружам грађевинске блокове, а онда је на биологији и хемији да остатак приче испричам! [Смех] На крају, важно је о каквом животу причамо. Да ли говоримо о само најпримитивнијем једноћелијском животу за који знамо да је настао брзо на Земљи? С обзиром на све састојке које имамо на располагању, нема разлога зашто се то не би појавило ни на једној од милијарди егзопланета за које сада знамо да круже око милијарди других звезда.
Прелазећи на следеће кораке вишећелијског и крајње интелигентног живота, врло мало разумемо како то произилази из једноставнијег живота. Али мислим да је сигурно рећи с обзиром на ниво сложености, мање је вероватно да ће се то појавити онолико често, на пример, од микроба. [10 егзопланета која би могла угостити ванземаљски живот]
ТКФ: Како ће нам поље астрохемије помоћи да одговоримо на питање да ли постоји ванземаљски живот у свемиру?
ЕВД: Проучавање хемије атмосфере егзопланета је оно што ће нам помоћи да одговоримо на ово питање. Пронаћи ћемо много егзопланета налик Земљи. Следећи корак биће потрага за спектралним отисцима прстију, које сам раније напоменуо, у атмосфери планета. У тим отисцима ћемо посебно тражити „биомолекуле“ или комбинације молекула које би могле указивати на присуство неког облика живота. То не значи само воду, већ кисеоник, озон, метан и још много тога.
Наши тренутни телескопи једва могу да открију те отиске прстију у атмосфери егзопланета. Зато градимо нову генерацију огромних земаљских телескопа, попут екстремно великог телескопа који ће имати огледало које је око три пута веће од било чега данас. Укључен сам у израду научног случаја за то и друге нове инструменте, а биосигнатуре су заиста један од главних циљева. То је узбудљиви смер где ће ићи астрохемија.
