Исследователи из Массачусетского технологического института выявили значительное присутствие пирена, комплексной углеродной молекулы, также именуемой полициклическим ароматическим углеводородом (ПАУ), в межзвездном облаке.
Это открытие порождает теорию о том, что пирен мог быть источником большей части углерода в нашей Солнечной системе. Такой вывод подкрепляется недавними результатами, показавшими значительное содержание пирена в образцах, доставленных с околоземного астероида Рюгу.
«Ключевой вопрос в исследовании формирования звёзд и планет: какое количество химических элементов из древнего молекулярного облака было унаследовано и послужило строительными блоками для нашей Солнечной системы? Мы видим начало и конец этой цепочки событий, и они совпадают. Это серьёзное свидетельство того, что составляющие частицы из древнего молекулярного облака попадают в лёд, пыль и каменистые тела, образующие нашу Солнечную систему», — комментирует условия Бретт МакГвайр, доцент химии Массачусетского технологического института.
Пирен был идентифицирован в молекулярном облаке TMC-1 с использованием 100-метрового радиотелескопа GBT, расположенного в обсерватории Грин-Бэнк в Западной Вирджинии.
ПАУ, в составе которых находятся углеродные кольца в соединении, удерживают около 10-25% углерода, существующего во Вселенной. Более сорока лет назад учёные, применяющие инфракрасные телескопы, начали обнаруживать особенности, считающиеся колебательными модами ПАУ в космосе. Однако этот метод не позволял точно определить, какие именно типы ПАУ присутствуют.
С момента возникновения гипотезы ПАУ в 1980-х годах утвердилось мнение, что эти соединения активно присутствуют в космосе и обнаруживаются в метеоритах, кометах и астероидных образцах. Однако инфракрасная спектроскопия недостаточно эффективна для точной идентификации отдельных ПАУ в космосе.
Габи Венцель из Массачусетского технологического института и исследовательская группа МакГвайра, ведущий автор работы
В 2018 году коллектив под руководством МакГвайра представил результаты открытия бензонитрила — шестиуглеродного кольца с приставленной нитрильной (углерод-азотной) группой — в TMC-1. Открытие было достигнуто при помощи GBT, позволяющего выявлять молекулы в космосе по их вращательным спектрам, которые они испускают. В 2021 году группа нашла первые изолированные ПАУ в космосе: два изомера цианонафталина, состоящего из объединённых колец с нитрильной группой на одном из них.
На Земле ПАУ часто формируются как побочные остатки сгорания топлива и присутствуют в следах угля. Их нахождение в TMC-1, где температура около 10 кельвинов, указывает на возможность образования этих соединений при крайне низких температурах.
Обнаружение ПАУ в метеоритах, астероидах и кометах привело учёных к гипотезе, что они могут являться источником большого объёма углерода, из которого формировалась Солнечная система. В 2023 году японские исследователи выявили крупное наличие пирена в образцах с астероида Рюгу в ходе миссии «Хаябуса-2», наряду с другими ПАУ, включая нафталин.
Это побудило учёных МакГвайра начать поиски пирена в TMC-1. Пирен, в котором четыре кольца, является крупнейшим из известных в космосе ПАУ и третьим по величине молекулой, обнаруженной посредством радиоастрономии.
Перед тем, как искать данные молекулы, учёные синтезировали цианопирен в лабораторных условиях. Наличие циано или нитрильной группы необходимо для того, чтобы молекула испускала сигнал, который может захватить радиотелескоп. Этот синтез был выполнен аспирантом MIT Шуо Чжаном из группы Элисон Вендландт, доцентом химии MIT.
После анализа сигнальных волн в лабораторных условиях было установлено, что они идентичны сигналам, испускаемым в космосе.
С помощью GBT учёные обнаружили эти сигналы в TMC-1. Было установлено, что цианопирен составляет примерно 0,1% от общего содержимого углерода в молекулярном облаке, что, хоть и кажется незначительным, является весомым, учитывая разнообразие типов углеродсодержащих молекул, существующих во Вселенной.
Хотя 0,1% кажется небольшим числом, значительная часть углерода находится в угарном газе, втором по распространённости соединении во Вселенной после водорода. Если учесть это, то несколько сотен углеродных атомов принадлежат пирену. Вообразите тысячи различных молекул, присутствующих в космосе с различными атомами углерода, один из которых находится в пирене. Это значительное количество. Определённый перенос углерода, стабильный в межзвёздной среде.
Бретт МакГвайр
Межзвёздные облака, такие как TMC-1, могут стать основой формирования звёзд, когда частицы пыли и газа объединяются в более крупные структуры и начинают нагреваться. Планеты, астероиды и кометы формируются из оставшегося газа и пыли в окрестностях молодого солнца. Хотя учёные не имеют возможности непосредственно видеть межзвёздное облако, из которого возникла наша Солнечная система, открытие пирена в TMC-1 и его наличие на астероиде Рюгу свидетельствует, что пирен мог быть источником углерода нашей звёздной системы.
В будущем исследователи намерены продолжить поиски более крупных ПАУ в TMC-1. Они также планируют выяснить, формируется ли пирен в TMC-1 при достаточно низких температурах или был перенесён из другой области, возможно, как следствие высокоэнергетических явлений, связанных с умирающими звёздами.
Источник: iXBT
