Анализ астероида Бенну показал, что он сложнее, чем предполагалось ранее: исследователи впервые зафиксировали неравномерное распределение органических веществ и минералов, сформировавших отдельные химические зоны. Это говорит о том, что вода на ранних этапах формирования астероидов не оказывала равномерного воздействия на горные породы, а концентрировалась в определенных областях, что способствовало сохранению нестабильных органических молекул.
Материалы, полученные с астероида Бенну – одного из наиболее древних объектов в Солнечной системе – были доставлены на Землю в сентябре 2023 года в рамках миссии OSIRIS-REx. Удивительно, но они почти не претерпели изменений за 4,5 миллиарда лет: в отличие от метеоритов, которые могут подвергаться загрязнению на Земле, образцы сохранили свою первоначальную структуру. Анализ этих образцов позволит узнать, как на заре формирования Солнечной системы взаимодействовали вода, минералы и органические соединения.
Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале PNAS, для изучения частицы OREX-800066-3 использовали наноИК-спектроскопию (nano-FTIR) и рамановскую спектроскопию. Оба подхода позволили установить химический состав с пространственным разрешением, достигающим десятков нанометров, и выявить распределение функциональных групп по характерным полосам поглощения, в частности, в диапазоне от 1550 до 1310 обратных сантиметров, где наблюдаются сигналы, связанные с органическими соединениями и карбонатами.
В ходе проведенных исследований было выделено три различных типа областей. К ним относятся зоны, характеризующиеся высоким содержанием алифатической органики (углеводородов), участки с преобладанием карбонатов (минералов, формирующихся при взаимодействии воды и CO₂) и области, богатые азотсодержащей органикой. Последние представляют особый интерес в контексте пребиотической химии.
Было установлено, что эти зоны не перемешаны, а разделены в пространстве, даже на нанометровом уровне. Статистический анализ выявил выраженную отрицательную взаимосвязь. В тех областях, где не обнаруживаются сигналы алифатических соединений (то есть участков, не содержащих ароматические фрагменты), практически отсутствуют карбонаты и азотсодержащие вещества. Между карбонатами и азотными органическими соединениями также наблюдается отсутствие связи.
Органосерные соединения также были найдены, однако они встречаются исключительно в карбонатных слоях. Это указывает на то, что на более поздних этапах развития астероида Бенну могли формироваться рассолы, в которых взаимодействовали сера, органические вещества и минералы. Таким образом, химическая эволюция астероида протекала поэтапно и включала участие жидкой воды.
Углеродистые соединения оказались в очень хаотичном состоянии и практически не реагируют на нагревание. Именно поэтому температура астероида Бенну оставалась низкой, а многие неустойчивые органические соединения, в том числе содержащие азот, сохранились. Следует подчеркнуть, что подобные молекулы обычно подвергаются разрушению, но в данном случае этого не случилось.
Внутри карбонатных зон также наблюдается сложная структура: карбонаты различных типов перемешаны на масштабе десятков нанометров. Это указывает на то, что минералы не формировались одновременно, а в несколько этапов, возможно, в условиях меняющегося состава жидкости.
По сути, вещество, из которого состоит астероид Бенну, представляет собой совокупность мельчайших частиц. Вода перемещалась по замкнутым каналам, что приводило к возникновению локализованных химических процессов. В некоторых зонах формировались карбонаты и соединения серы, а в других – органические вещества, в том числе молекулы, содержащие азот.
Сравнение с Рюгу выявило, что у двух астероидов есть общие характеристики, однако они отличаются по распределению органических веществ и карбонатов. Это говорит о том, что даже схожие небесные тела могли развиваться по различным путям. Ранее в образцах Рюгу нашли все пять «букв» генетического алфавита.
Новое открытие значительно углубляет понимание мест и условий, в которых в ранней Солнечной системе могли существовать органические молекулы, являющиеся возможными предшественниками жизни.