Известно, что облако пыли, окружающее углеродную звезду CW Льва, содержит более 50 типов молекул, а оставшиеся неназначенные спектральные линии указывают на то, что молекул гораздо больше. Могут ли лабораторные исследования металлических частиц помочь нам идентифицировать некоторые из этих загадочных спектральных линий?
Астрономы обнаружили в космосе более 200 частиц с тех пор, как в 1937 году была обнаружена первая частица. Эти открытия подтвердили нечто удивительное: в холодной и разреженной космической среде отдельные атомы могут объединяться в сложные молекулы. Поиск частиц в космосе — это и вызов, и возможность; как мы можем объяснить присутствие частиц в такой неумолимой среде и как мы можем использовать тот факт, что они существуют, чтобы понять химию межзвездного и околозвездного пространства?
Одним из лучших мест для изучения внеземных частиц является пылевая пелена вокруг звезды CW Льва, также известной как IRC +10216. CW Льва — углеродная звезда: сверхгигант с высоким содержанием углерода в атмосфере. Среди многих молекул CW Льва есть металлсодержащие соединения, такие как SiC2, что заставляет исследователей задаться вопросом, могут ли подобные молекулы быть ответственными за какие-либо другие неопознанные линии в спектре CW Льва.
Группа под руководством Брайана Чангала (Центр астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов) сосредоточила свои поиски на MgC2. Чангала и его коллеги сочли вероятным, что пылевой покров CW Льва содержит MgC2, потому что он химически подобен уже обнаруженному SiC2, и там было обнаружено много других молекул, содержащих магний.
Но как определить, вызваны ли спектральные линии звезды конкретной молекулой? Чтобы быть уверенным в том, что мы открыли молекулу в космосе, нам нужно знать ее спектр, который лучше всего определить при изучении молекулы в лаборатории. Для MgC2 ученые использовали квантово-механические модели для предсказания спектра молекулы, но так и не подтвердили это в лаборатории.
Чангала и соавторы объединили атомы магния с молекулами ацетилена, которые состоят из углерода и водорода, в надежде синтезировать MgC2. Команда успешно сопоставила спектральную линию с образцами с линией, предсказанной квантово-механическими моделями, и провела дополнительные тесты, чтобы убедиться, что созданная ими молекула действительно была MgC2.
В конце концов, Чангала и его коллеги использовали спектр вновь синтезированной молекулы, чтобы отнести 14 неизвестных спектральных линий CW Льва к MgC2 и его изотопологам — молекулам с одинаковой химической формулой и структурой, в которых один или несколько атомов имеют разное количество нейтронов.
О чем нам говорит обнаружение MgC2 в спектре CW Льва? Сравнивая обилие MgC2 в окружении звезды с обилием других молекул, содержащих магний, ученые могут узнать, как эти молекулы образуются. Кроме того, эти наблюдения могут помочь нам понять, как металлы влияют на химию богатых углеродом сред, например, вокруг углеродных звезд, помогая разгадать тайну этих объектов.