Scienty

Ученые впервые показали, что космическая пыль выступает в роли катализатора химической реакции, в ходе которой из элементарных веществ формируются более сложные молекулы, являющиеся предшественниками мочевины и других соединений, важных для зарождения жизни.

Фото: img.freepik.com

Как выглядит космическая пыль? Ранее предполагалось, что она напоминает луковицу: плотное, жаропрочное ядро, окруженное сотнями или даже тысячами слоев льда, при этом первым слоем является водяной лед. Подобная оболочка, как полагают, должна затруднять протекание химических процессов на поверхности твердых частиц.

Существует значительное количество данных, подтверждающих пористую структуру поверхности крупиц космической пыли. Кроме того, открытые поры на такой поверхности широко распространены как в межзвездной среде, так и в окрестностях звезд. Это подтверждается результатами лабораторных исследований с использованием веществ, имитирующих пыль, компьютерным моделированием ее развития, астрономическими наблюдениями, а также анализом пыли в межпланетном пространстве и вещества комет. По всей видимости, даже при наличии значительного количества намерзшего льда, поверхность пылинок остается открытой для химических взаимодействий.

Подходящая поверхность создает возможность для создания разнообразных сложных соединений в космических условиях, таких как межзвездные облака, оболочки протозвезд и область за линией снегопадов в протопланетных дисках. Углеродистая или кремнистая поверхность выполняет не только роль места для взаимодействия химических соединений, но и способна выступать в роли катализатора химических процессов.

Международные ученые приступили к исследованию роли космической пыли в процессе взаимодействия углекислого газа и аммиака. В результате этой реакции формируется карбамат аммония, который является предшественником мочевины и других соединений, важных для зарождения жизни.

Исследование проводилось в лаборатории при Йенском университете имени Фридриха Шиллера, расположенном в Германии. Специалисты сформировали структуры, состоящие из слоя углекислого газа и слоя аммиака, разделенных пористой прослойкой из силикатов – вещества, похожего на космическую пыль. Помимо этого, использовались образцы без прослойки и с добавлением слоя водяного льда. Сначала образцы подвергли замораживанию до отметки в минус 260 °C, что соответствует температуре межзвездных облаков, после чего их нагрели до минус 190 °C, типичной для протопланетных дисков.

В образцах, загрязненных пылью, было зафиксировано значительное содержание карбамата аммония, в то время как в экземплярах со льдом и без пыли его не обнаружили. В предыдущих экспериментах обычно предварительно смешивали углекислый газ и аммиак для инициирования реакции, однако в данном случае ученые впервые смогли полностью имитировать условия, существующие в космосе. Исследование показало, что космическая пыль играет ключевую роль в этом процессе. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

«Полученные данные указывают на то, что частицы пыли оказывают более значительное влияние на процессы в астрохимии, чем считалось ранее. Эти частицы, перемещающиеся через межзвездные облака и протопланетные диски, создают микросреду, в которой молекулы взаимодействуют и образуют более сложные соединения», — прокомментировал ведущий автор исследования Алексей Потапов, физик из Йенского университета имени Фридриха Шиллера.

Ученые, являющиеся авторами научной работы, намерены продолжить проведение экспериментов. Их цель – обнаружение других соединений, синтез которых осуществляется при помощи космической пыли. Кроме того, исследователи планируют изучить расположенные поблизости протопланетные диски, где происходит формирование планет, – возможно, это позволит установить химические процессы, в которых задействована пыль.