Как появился органический углерод во Вселенной? Новые данные ученых
Новые данные, объясняющие появление органического углерода, опубликовала группа астрономов 11 января на сайте Национальной радиоастрономической обсерватории США.
В исследовании представлены данные об обнаружении химического вещества, относящегося к группе так называемых органических соединений, в далекой туманности. Ученые использовали параболический радиотелескоп Грин-бэнк (Green Bank Telescope) Национальной радиоастрономической обсерватории в Западной Вирджинии. Они идентифицировали молекулы бензонитрила (C6H5CN) в туманности в созвездии Тельца 1, находящегося на расстоянии 430 световых лет от Земли — ближайший к нам комплекс молекулярных облаков. Туманность — масса газа и пыли, либо, как в данном случае, так называемое молекулярное облако. Молекулярные облака удается обнаружить, поскольку они препятствуют прохождению света звезд, находящихся за ними по оси наблюдения. Часто их называют темными туманностями.
Бензонитрил относится к классу молекул повышенной устойчивости. Из него легко получаются другие молекулы, в том числе так называемые полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Ученые считают, что ПАУ широко распространены во вселенной, но астрономы до сих пор не находили ни одной такой молекулы в космосе. Чтобы обнаружить бензонитрил, астрономы, возглавляемые химиком Бреттом Макгуайром Национальной радиоастрономической обсерватории в Вирджинии, наблюдали туманность в созвездии Тельца более 35 часов, накапливая весь собранный свет в едином спектре.
Пользуясь тем, что каждое химическое вещество имеет характерные линии поглощения и испускания в спектре (определяются по длине волны), исследователи наконец-то смогли идентифицировать бензонитрил благодаря тому, что в его состав входит атом азота. Эта отличительная особенность облегчает поиск, по сравнению с «чистыми» ПАУ, состоящими только из углерода и водорода. Это исследование может прояснить природу возникновения на планетах сложных органических молекул.
Углерод рождается в ядрах звезд в результате ядерного синтеза. Образование атома углерода требует почти одновременного столкновения трех альфа-частиц, то есть ядер атома гелия. Такой процесс, известный как тройной альфа-процесс, может происходить только в недрах звезд-гигантов или сверхгигантов с большой плотностью и высокой температурой (около 100 тыс. К). Чтобы попасть на Землю, углерод сначала должен оставить материнскую звезду, где он образовался (например, в результате взрыва сверхновой) и попасть в межзвездное пространство.
Звездные системы третьего поколения, к которым относится Солнечная система, образовались из межзвездной среды, которая была обогащена элементами тяжелее гелия. По мнению ученых, когда звезды умирают и сбрасывают свою оболочку в космос, от 10 до 20 процентов их вещества становится ПАУ. ПАУ могут образоваться всякий раз, когда теплый углеродсодержащий газ остывает. Потом эти молекулы попадают в протопланетные диски вокруг звезд, образующие планеты и астероиды.
Найденные в космосе полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), возможно, могут стать основой для развития и «космической» теории возникновения жизни на Земле. Они являются основой для образования сложных органических молекул и аминокислот, которые в свою очередь образуют белки — основу живой материи. До этого в космосе наблюдали множество соединений углерода, который вместе с водородом, гелием и кислородом входит в четверку ключевых элементов, наиболее распространенных во Вселенной, но большинство из этих соединений — неорганические (СО, СН, СО2 и другие), и они не могут стать основой органической жизни.
Любопытно, что ранее доказательства возможности формирования органических молекул в условиях, близких к космическим, были получены на Земле в лабораторных условиях. Так, американский исследователь Р. Берджер с помощью ускорителя элементарных частиц бомбардировал протонами смесь метана, аммиака и воды, охлажденную до – 230°С. Спустя всего несколько минут в этой ледяной смеси ученый обнаружил мочевину, ацетамид, ацетон. В этих опытах Берджер, по сути, моделировал условия межпланетного пространства. Поток протонов имитировал первичные космические лучи, а смесь метаноаммиачных и обычных льдов — это, в сущности, типичная модель кометного ядра. Так было доказано, что в космических условиях теоретически могут образовываться сложные органические молекулы.
Ранее ученым уже удавалось обнаружить в космосе достаточно сложные органические соединения, например, ацетонитрил, пусть они оказывались относительно простыми и еще далекими от тех молекулярных систем, которые смогли бы обеспечить начало жизни на любом благоприятном планетном теле. Другие находки остаются недостаточно подтвержденными, как, например, сообщения об обнаружении аминокислоты глицина.
Опытное обнаружение молекулы бензонитрила, структура которого еще ближе к полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ), в молекулярной туманности в созвездии Тельца — это еще один шаг в развитии теории космического происхождения жизни на Земле (и во всей Вселенной). ПАУ, являющиеся одними из самых устойчивых соединений, скорее всего присутствуют в большинстве протопланетных туманностей и дисков и участвуют в процессе создания планет. Отсюда ясно, что они могли существовать на Земле с момента ее возникновения (примерно 4,567 млрд лет назад), став родоначальниками возникновения земной жизни.
