Как и человеческие тела , звездные питомники содержат множество органических молекул , которые состоят в основном из атомов углерода и водорода . Результаты группы, опубликованные 6 февраля в журнале Nature Astronomy , показывают, как внутри этих облаков могут образовываться определенные крупные органические молекулы. Это всего лишь один крошечный шаг в многотысячном химическом путешествии, которое проходят атомы углерода, формируясь в сердцах умирающих звезд, а затем становясь частью планет, живых организмов на Земле и, возможно, за ее пределами.
«В этих холодных молекулярных облаках создаются первые строительные блоки, из которых в конечном итоге сформируются звезды и планеты», — сказал Джорди Боуман, научный сотрудник Лаборатории физики атмосферы и космоса (LASP) и доцент в Химический факультет Университета Колорадо в Боулдере.
Для нового исследования Боуман и его коллеги глубоко погрузились, в частности, в один звездный питомник: молекулярное облако Тельца (TMC-1). Этот регион находится в созвездии Тельца и находится примерно в 440 световых годах (более 2 квадриллионов миль) от Земли. Эта химически сложная среда является примером того, что астрономы называют «аккрецирующим беззвездным ядром». Его облако начало коллапсировать, но ученые еще не обнаружили внутри него зарождающихся звезд.
Выводы команды основаны на обманчиво простой молекуле под названием орто -бензин. Опираясь на эксперименты на Земле и компьютерное моделирование , исследователи показали, что эта молекула может легко объединяться с другими в космосе, образуя широкий спектр более крупных органических молекул.
Другими словами, маленькие строительные блоки становятся большими строительными блоками.
И, по словам Боумана, эти реакции могут быть признаком того, что звездные питомники намного интереснее, чем считают ученые.
«Мы только начинаем по-настоящему понимать, как мы переходим от этих маленьких строительных блоков к более крупным молекулам», — сказал он. «Я думаю, мы обнаружим, что эта химия намного сложнее, чем мы думали, даже на самых ранних стадиях звездообразования».
Судьбоносное наблюдение
Боуман — космохимик, изучающий область, сочетающую химию и астрономию, чтобы понять бурные химические реакции, происходящие глубоко в космосе.
На первый взгляд, сказал он, холодные молекулярные облака могут не показаться очагом химической активности. Как следует из их названия, эти первобытные галактические супы имеют тенденцию быть холодными, часто колеблясь около -263 градусов по Цельсию (около -440 градусов по Фаренгейту), всего на 10 градусов выше абсолютного нуля. Большинству реакций требуется, по крайней мере, немного тепла, чтобы получить толчок.
Но холодно это или нет, в звездных питомниках, кажется, происходит сложная химия. ТМС-1, в частности, содержит неожиданные концентрации относительно больших органических молекул с такими названиями, как фульвеналлен и 1- и 2-этинилциклопентадиен. Химики называют их «пятичленными кольцевыми соединениями», потому что каждое из них содержит кольцо из атомов углерода в форме пятиугольника.
«Исследователи продолжали обнаруживать эти молекулы в TMC-1, но их происхождение оставалось неясным», — сказал Боуман.
Теперь он и его коллеги думают, что у них есть ответ.
В 2021 году исследователи с помощью 40-метрового радиотелескопа Yebes в Испании обнаружили неожиданную молекулу, скрывающуюся в облаках газа TMC-1: орто - бензин. Боуман объяснил, что эта небольшая молекула, состоящая из кольца из шести атомов углерода с четырьмя атомами водорода, является одним из экстравертов в мире химии. Он легко взаимодействует с рядом других молекул и не требует для этого большого количества тепла.
«Для реакции нет препятствий, — сказал Боуман. «Это означает, что он может управлять сложной химией в холодных условиях».
Выявление виновника
Чтобы выяснить, какая сложная химия происходит в TMC-1, Боуман и его коллеги — выходцы из США, Германии, Нидерландов и Швейцарии — обратились к методу, называемому «фотоэлектронная спектроскопия фотоионных совпадений». Команда использовала свет, генерируемый гигантской установкой, называемой источником синхротронного света, для идентификации продуктов химических реакций. Они увидели, что орто -бензиновые и метильные радикалы, еще один распространенный компонент молекулярных облаков, легко объединяются, образуя более крупные и сложные органические соединения.
«Мы знали, что наткнулись на что-то хорошее, — сказал Боуман.
Затем команда использовала компьютерные модели для изучения роли орто - бензина в звездном питомнике, раскинувшемся в глубине космоса на несколько световых лет. Результаты были многообещающими: модели генерировали облака газа, содержащие примерно ту же смесь органических молекул, которую астрономы наблюдали в TMC-1 с помощью телескопов.
Другими словами, орто -бензин, по-видимому, является главным кандидатом для управления газофазной органической химией, которая происходит в этих звездных питомниках, сказал Боуман.
Он добавил, что ученым предстоит еще много работы, чтобы полностью понять все реакции, происходящие в TMC-1. Например, он хочет изучить, как органические молекулы в космосе также улавливают атомы азота — ключевые компоненты ДНК и аминокислот живых организмов на Земле.
«Наши результаты могут просто изменить представление о том, какие ингредиенты у нас есть в первую очередь для формирования новых звезд и новых планет», — сказал Боуман.
