Звезды и планеты формируют химические процессы, отправной точкой для которых является диффузная межзвездная среда. Если изучить ее состав, то можно понять, какие доступные ингредиенты создали космические тела. В недавнем исследовании, главным автором которого стал Мартин Кординер из американского Католического университета в Вашингтоне, астрономы приблизились к разгадке тайны межзвездной среды, газа и пыли, заполняющих пространство между звездами.
Трудности идентификации
Основу жизни составляют углеродосодержащие молекулы. И новое открытие доказывает, что их сложные формы способны формироваться и сохраняться в экстремальных условиях среды межзвездного пространства, большую часть которого составляет водород и гелий. Меньшую же часть межзвездной среды составляют неизвестные соединения в огромном количестве. Для того чтобы узнать о них, ученые проводят анализ света удаленных звезд.
В то время как он проходит через межзвездное пространство, определенные длины его волн блокируются и поглощаются химическими элементами и соединениями. Спектр поглощения света каждого из них уникален. Это и позволяет его идентифицировать. Трудность в том, что в межзвездной среде некоторые спектры поглощения имеют особенности, не совпадающие с теми молекулами или атомами, которые известны ученым. Их назвали диффузные полосы межзвездного поглощения (DIBs), а их идентичность была неизвестна еще до 1922 года.
Тогда астроном Мэри Ли Хегер опубликовала наблюдения первых двух DIBs. Новое открытие поможет понять природу этих DIBs. Их можно определить при точном совпадении с отпечатком вещества в линиях спектра поглощения. Однако миллионы других молекулярных структур никто не отменял, а на проверку их всех одной жизни не хватит. Из 400 известных DIBs на данный момент идентифицировали только ту, о которой речь пойдет ниже.
Положительный заряд
Космический телескоп Хаббл уже запечатлевал ранее электрически заряженные молекулы, имеющие форму футбольного мяча. Но только теперь астрономы официально подтвердили их существование. Кординер и его команда идентифицировали молекулы в форме углерода, состоящие из 60 его атомов, образующих сферу. Эта форма известна как C60 «бакминстерфуллерен». На Земле встречается довольно редко в минералах и породах. Может также проявляться в саже при высокой температуре горения.
Нельзя сказать, что бакминстерфуллерен не находили в космосе ранее, но только не в межзвездном пространстве. Ее обнаруживали в основном у голубых сверхгигантов Млечного пути, межзвездное вещество которого сформировано практически в плоский диск. При таком раскладе линии наблюдения проходят через большое количество материала, и линии поглощения проявляются наиболее ярко. Но бакминстерфуллерен, там найденный, не был в заряженном виде. С60 ионизируется тогда, когда на него воздействует звездное ультрафиолетовое излучение, так молекула становится положительно заряженной С60+.
Ранее бытовало традиционное мнение, что межзвездная среда в своем разряженном виде слишком сурова для того, чтобы в ней образовались молекулы подобного размера. Самой большой молекулой (до обнаружения С60), найденной в космосе, считалась молекула в 12 атомов. Тот факт, что в подобной среде существует С60+, демонстрирует всю сложность астрохимии, даже в экстремальных условиях мощного ультрафиолетового излучения и низкой плотности. И это стало большим открытием для ученых.
Полосной прорыв
По словам Мартина Кординера, в некотором смысле жизнь можно считать крайней степенью химической сложности. Присутствие C60 демонстрирует высокий уровень химической сложности, присущий космическим средам, и указывает на большую вероятность возникновения других сложных углеродсодержащих молекул в космосе.
Исследование, проведенное с помощью Хаббла, совершило прорыв в понимании полос поглощения. Это первая работа, приведшая к полному совпадению с одним из DIB. Ученые в лабораторных условиях сравнили наблюдения телескопа с поглощающим спектром от C60+, проверив ориентиры лабораторных исследований их швейцарских коллег.
Несмотря на то, что Хаббл, находясь в космосе, имеет чистый обзор спектра, не блокируемый атмосферным водяным паром, исследователям все равно пришлось настроить его приборы до предельного уровня чувствительности. И только тогда обнаружились лишь слабые «отпечатки» C60+.
Теперь крупные углеродсодержащие молекулы – кандидаты номер один для объяснения неидентифицированных DIB. Ученые этим займутся в будущих лабораторных исследованиях. А тем временем Вселенная подкидывает все новые и новые сюрпризы. И вещи, которые не должны существовать в природе, предстают перед учеными, ломая целые разделы науки.
