Ученые показали, как атомы углерода могут объединяться вместе в космосе

Лабораторные исследования, продемонстрировавшие, как атомы углерода, диффундируя по поверхности межзвездных зерен льда, образуют сложные органические соединения, что может указывать на пути возникновения жизни на Земле, провела команда японских ученых из Университета Хоккайдо и Токийского университета, 15 сентября сообщает пресс-служба Университета Хоккайдо.

Открытия в области образования органических соединений в межзвездном пространстве имеют важнейшее значение для понимания химических процессов во Вселенной, а также происхождения жизни на Земле и возможности возникновения жизни на других планетах.

Постоянно совершенствующиеся прямые наблюдения в космосе всё время расширяют список обнаруженных там органических молекул. Однако и лабораторные эксперименты, в которых воспроизводятся сложные химические процессы в условиях, приближенных к космическим, могут дать важные данные о возникновении таких соединений.

Японские исследователи сообщили о новых лабораторных данных, свидетельствующих о центральной роли атомов углерода, содержащихся в межзвездных ледяных зернах, в процессе образования органических соединений.

Результаты своей работы они представили в статье «Поверхностная диффузия атомов углерода как движущая сила межзвездной органической химии», опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Основой для исследования стала гипотеза о том, что некоторые из наиболее сложных органических молекул в космосе образуются на поверхности межзвездного льда при очень низких температурах, причем такие ледяные зерна широко распространены во Вселенной.

Органические молекулы имеют в своем составе связанные атомы углерода. При этом известно, что большинство атомов углерода первоначально образовались в звездах в результате реакций ядерного синтеза. После гибели звезд в результате взрывов сверхновых атомы углерода рассеивались в межзвездном пространстве.

Однако, чтобы из атомов углерода образовались сложные органические молекулы, должен существовать механизм, который бы обеспечивал их объединение на поверхности ледяных зерен с атомами-партнерами и образовывал их химическую связь. Исследование японских ученых предлагает такой возможный механизм.

Химик Масаси Цуге из Института низких температур Университета Хоккайдо пояснил суть проведенных ими экспериментов:

«В наших исследованиях, воссоздающих возможные межзвездные условия в лаборатории, мы смогли обнаружить слабосвязанные атомы углерода, диффундирующие по поверхности ледяных зерен, чтобы вступить в реакцию и произвести молекулы C₂».

Образование двухатомного углерода C₂ служит конкретным свидетельством присутствия диффундирующих атомов углерода в межзвездных ледяных зернах. Исследование продемонстрировало, что такая диффузия может происходить при температуре выше 30 °K (минус 243 °C), а в космосе диффузия атомов углерода может активироваться всего при 22 °K (минус 251 °C).

Цуге считает, что полученные ими результаты позволяют объяснить ранее упускаемый из виду химический процесс, который может быть источником более сложных органических молекул, образующихся путем постоянного добавления атомов углерода.

Такие процессы, говорит ученый, могут идти в существующих вокруг звезд протопланетных дисках, из которых формируются планеты. Необходимые условия для этих процессов могут сложиться также в так называемых полупрозрачных облаках, которые в конечном итоге станут областью звездообразования. Возможность таких процессов может объяснить происхождение химических веществ, которые могли стать причиной возникновения жизни на Земле.

Кроме вопроса о происхождении жизни, исследование японских ученых добавило фундаментальный новый процесс ко множеству химических реакций, которые могли создать и всё еще могут создавать органические соединения на основе углерода во Вселенной.

Авторы в своей статье также дают более общее современное понимание образования сложных органических химических веществ в космосе и исследуют, как реакции, вызванные диффузией атомов углерода, могут изменить текущие научные представления в этой области.