Міжнародна група дослідників виявила те, що може бути критичним етапом хімічної еволюції молекул у космічних «зоряних яслах». У цих величезних космічних хмарах холодного газу та пилу трильйони молекул існують протягом мільйонів років. Колапс таких міжзоряних хмар зрештою приводить до появи молодих зір і планет.

Як і тіла людей, зоряні ясла містять багато органічних молекул, що складаються головно з атомів вуглецю та водню. Результати дослідження науковців, оприлюднені 6 лютого поточного року в журналі Nature Astronomy, показують, як у цих хмарах можуть утворюватися певні великі органічні молекули. Це один крихітний крок у багатовіковій хімічній подорожі, яку проходять атоми вуглецю. Вони утворюються в ядрах зір на завершальному етапі існування цих об’єктів, а потім стають частиною планет, живих організмів на Землі, а також тих, що, можливо, існують у космосі.

«У цих холодних молекулярних хмарах виникають перші будівельні блоки, які, зрештою, сформують зорі та планети», — сказав Джорді Бауман (Jordy Bouwman), науковий співробітник Лабораторії фізики атмосфери та космосу (Laboratory for Atmospheric and Space Physics, LASP) і доцент кафедри хімічного факультету Університету Колорадо в Боулдері.

Для нового дослідження Боуман і його колеги глибоко «занурилися» в один зоряний розплідник — молекулярну хмару Тельця (Taurus Molecular Cloud, TMC-1). Цей регіон лежить у напрямку сузір’я Тельця на відстані приблизно 440 світлових роках від Землі. Це хімічно складне середовище є прикладом того, що астрономи називають «нарощення дозоряного ядра» (accreting starless core). Хмара вже почала руйнуватися, але вчені ще не виявили протозір, що мають сформуватися всередині неї.

Висновки групи науковців ґрунтуються на аналізі простої молекули під назвою орто-бензин. Взявши до уваги результати експериментів на Землі та комп’ютерного моделювання, дослідники показали: ця молекула може легко поєднуватися з іншими в космосі, щоб утворити широкий спектр більших органічних молекул.

Іншими словами, маленькі будівельні блоки стають великими будівельними блоками. І, за словами Баумана, ці реакції можуть бути ознакою того, що зоряні розплідники набагато цікавіші, ніж вважають науковці. «Ми лише на початку справжнього розуміння того, як відбувається перехід від цих маленьких будівельних блоків до більших молекул», — сказав він. «Я гадаю, ми виявимо, що ця хімія набагато складніша, ніж ми вважали, навіть на найраніших стадіях утворення зір».

Доленосне спостереження

Баумен — космохімік. Він працює на межі, що поєднує хімію та астрономію, щоб зрозуміти бурхливі хімічні реакції, які відбуваються глибоко в космосі. За його словами, на перше око холодні молекулярні хмари можуть не здаватися осередком хімічної активності. Як випливає з назви, ці галактичні первісні «супи» зазвичай холодні. Часто їхня температура становить біля -263 градусів за Цельсієм, тобто лише на 10 градусів вище абсолютного нуля. Щоб розпочатися, більшість реакцій потребують принаймні трохи тепла.

Проте, холодно чи ні, а складна хімія, здається, відбувається в зоряних розплідниках. TMC-1, зокрема, містить дивовижні концентрації відносно великих органічних молекул фулвеналена та 1- і 2-етинілциклопентадієна. Хіміки називають їх «п’ятичленними кільцевими сполуками», оскільки кожна з них містить кільце атомів вуглецю у формі п’ятикутника.

«Дослідники виявляли ці молекули в TMC-1, але їхнє походження було незрозумілим», — сказав Бауман. Тепер він і його колеги вважають, що у них є відповідь.

У 2021 році дослідники за допомогою 40-метрового радіотелескопа Yebes в Іспанії виявили несподівану молекулу, яка ховалася в хмарах газу TMC-1: орто-бензин. Бауман пояснив, що ця маленька молекула, яка складається з кільця із шести атомів вуглецю з чотирма атомами водню, є одним із екстравертів у світі хімії. Вона легко взаємодіє з низкою інших молекул, і для цього не потрібно багато тепла.

«Немає жодних перешкод для реакції», — сказав Бауман. «Це означає, що вона має потенціал для запуску складної хімії в холодному середовищі».

Встановлення відповідального

Щоб з’ясувати, яка складна хімія відбувається в TMC-1, Бауман і його колеги зі Сполучених Штатів, Німеччини, Нідерландів і Швейцарії застосували метод під назвою «спектроскопія збігів фотоелектронів і фотоіонів» («photoelectron photoion coincidence spectroscopy»). Група науковців використовувала світло, яке генерує гігантська установка під назвою синхротронне джерело світла, щоб ідентифікувати продукти хімічних реакцій. Вони побачили, що орто-бензинові та метилові радикали, ще одна поширена складова молекулярних хмар, легко об’єднуються, утворюючи більші та складніші органічні сполуки. «Ми знали, що натрапили на щось хороше», — сказав Бауман.

Потім наукова група використала комп’ютерні моделі, щоб дослідити роль орто-бензину в зоряних яслах, які поширені на кілька світлових років у глибині космосу. Результати були багатообіцяючими: моделі створювали хмари газу, що містили приблизно таку суміш органічних молекул, яку астрономи спостерігали в TMC-1 за допомогою телескопів.

Іншими словами, орто-бензин, здається, є основним кандидатом на роль стимулятора газофазної органічної хімії, яка відбувається в цих зоряних яслах, сказав Бауман. Він додав: науковцям ще належить виконати багато роботи, щоб повністю зрозуміти всі реакції, що відбуваються в TMC-1. Він хоче дослідити, наприклад, як органічні молекули в космосі також захоплюють атоми азоту — основні компоненти ДНК і амінокислот живих організмів на Землі.

«Наші відкриття можуть змінити погляд на те, які є інгредієнти для формування нових зір і нових планет», — сказав Бауман.

За інф. з сайту https://phys.org