Группа ученых из лаборатории астрохимических исследований Уральского федерального университета сделала значительный шаг вперед: в межзвездных льдах было выявлено вещество, известное как «веселящий газ» — закись азота (N2O). Данное исследование описано в журнале Astronomy and Astrophysics. Работу поддержал Российский научный фонд ( проект № 23-12-00315).
«В ходе анализа льдов в направлении 16 из 50 изученных нами протозвезд была обнаружена закись азота. Содержание N2O в этих протозвездах изменяется от 0,2% до 2,1% по отношению к льду, состоящему из молекул СО. Факт обнаружения закиси азота в более чем десятке протозвезд указывает на широкое распространение этой молекулы в межзвездных льдах, а наша работа представляет собой первое достоверное обнаружение ледяного N2O», — сообщила лаборант-исследователь научной лаборатории астрохимических исследований УрФУ Варвара Картеева.
В газовой среде межзвездных облаков, являющихся местом рождения звезд и планет, зафиксировано свыше 300 молекул – от несложных до довольно сложных органических соединений. Однако в твердой фазе межзвездной среды, а именно на поверхности пылевых зерен, где при крайне низких температурах (-263 градуса Цельсия) формируются ледяные мантии, на текущий момент достоверно идентифицировано лишь восемь молекул. Следовательно, обнаружение молекулы N2O учеными УрФУ стало уже девятым зарегистрированным случаем. Помимо этого, коллектив из УрФУ также сообщил о предварительном выявлении еще одной молекулы – изоциановой кислоты (HNCO).
По мнению исследователей, идентификация молекул в ледяных структурах представляет собой более сложную задачу, чем в газообразном состоянии. Это связано с тем, что в твердой фазе молекулы можно наблюдать исключительно в инфракрасном спектре, при условии наличия звезды, обеспечивающей освещение требуемой области. Также следует учитывать наличие множества дополнительных препятствующих факторов.
«Для интерпретации данных, полученных телескопом Джеймса Уэбба в прошлом году, мы применили спектры, полученные из образцов межзвездных льдов, выращенных в нашей лабораторной установке ISEAge. Благодаря лабораторным спектрам, мы провели анализ наблюдений межзвездных облаков и смогли с уверенностью зафиксировать наличие N2O во льдах», — объясняет руководитель лаборатории Антон Васюнин.
Обнаружение имеет огромное значение. Закись азота проявляет большую реакционную способность при пониженных температурах по сравнению, к примеру, с молекулярным азотом (N2), который часто выступает в роли основного переносчика азота в ледяных мантиях. Это позволяет ей участвовать в процессах, приводящих к образованию более сложных азотсодержащих соединений, в том числе аминокислот – строительных блоков белков, являющихся основой живых организмов.
«По мнению специалистов, химические реакции, происходящие в газовой среде межзвездных облаков, маловероятно приведут к формированию сложных органических молекул. Однако, в случае с льдом, ситуация иная: его поверхность действует как катализатор. Реакции, протекающие на поверхности льда, могут быть более результативными в создании определенных химических соединений, которые в газовой фазе образуются с трудом или вовсе не формируются. Именно поэтому исследование химии во льдах и их состава представляет собой сложную, но при этом увлекательную задачу, поскольку там наблюдается иная химическая среда, приводящая к образованию иного набора молекул. Кроме того, существует вероятность того, что вещество из межзвездного льда легче достигает поверхности планет, чем из разреженного межпланетного газа. В сущности, ледяное ядро кометы может упасть на молодую планету и доставить ей значительное количество органического материала. Таким образом, доставка химических молекул на поверхность планеты в твердой форме представляется более вероятной и эффективной по сравнению с доставкой в газообразном состоянии», — поясняет Антон Васюнин.
Замечено, что восемь из шестнадцати протозвезд, в межзвездных льдах которых химики УрФУ идентифицировали молекулу N2O, расположены в области звездообразования Орион А. По мнению исследователей, это может свидетельствовать о значительной роли ультрафиолетового излучения в процессе формирования закиси азота, поскольку в области Орион А наблюдается интенсивный ультрафиолетовый фон. Тем не менее, ученые подчеркивают, что механизмы образования N2O в межзвездных льдах требуют дальнейшего изучения и выяснения.
Справка
Протозвезда – это стадия звездообразования, протозвездный объект, окруженный диском из газа и пыли. Она находится на начальном этапе формирования внутри межзвездного газопылевого облака, где термоядерные реакции в ядре пока не начались, однако активно происходит гравитационный коллапс. Протозвезда излучает инфракрасный свет, который скрыт за газопылевой оболочкой, и представляет собой фазу формирования как самой звезды, так и планетной системы.
Межзвездный лед представляет собой ледяную мантию, покрывающую частицы космической пыли в холодных облаках. Он играет значительную роль как хранилище летучих соединений во Вселенной и служит «химической колыбелью» для создания сложных молекул. Под воздействием космических лучей и ультрафиолетового излучения в межзвездном льде протекают радиационно-индуцированные реакции (не требующие высокой температуры), а также другие процессы, способные привести к образованию сложных органических соединений. Таким образом, исходные компоненты, необходимые для возникновения жизни (пребиотическая химия), начинают формироваться в космическом пространстве, до образования планет, и впоследствии могут быть доставлены на планеты с кометами и астероидами.
Пресс-служба Уральского федерального университета предоставила информацию и фотографии