Космическая химия: обнаружена крупнейшая ароматическая молекула в глубоком космосе
Команда химиков и астрономов совершила открытие в области астрохимии: идентифицирован цианокоронен — самый крупный полициклический ароматический углеводород (ПАУ), когда-либо обнаруженный в космосе. Эта молекула, состоящая из семи взаимосвязанных бензольных колец и цианогруппы (C₂₄H₁₁CN), была найдена в холодном, тёмном молекулярном облаке TMC-1, регионе, известном своей богатой химией и как колыбель для новых звёзд.
Исследование недавно опубликовано в The Astrophysical Journal Letters и представлено на пресс-конференции на 246-м собрании Американского астрономического общества (AAS 2025).
Цианокоронен является производным коронена — молекулы, которую часто называют «прототипичным» компактным ПАУ из-за её стабильности и уникальной структуры. Считается, что ПАУ «запирают» значительную долю углерода во Вселенной и играют ключевую роль в химии, ведущей к образованию звёзд и планет. До сих пор в космосе обнаруживали только более мелкие ПАУ, и это новое открытие значительно расширяет известный предел размера.
Исследовательская группа сначала синтезировала цианокоронен в лаборатории и измерила его уникальный микроволновый спектр с помощью передовых спектроскопических методов.
Вооружившись этим молекулярным «отпечатком пальца», они искали цианокоронен в данных Национального научного фонда США от телескопа «Грин-Бэнк» (NSF GBT) — ключевого инструмента проекта GOTHAM. Команда обнаружила несколько отдельных спектральных линий цианокоронена, подтвердив его присутствие со статистической значимостью 17.3 sigma — крупное обнаружение по астрономическим меркам.
Цианокоронен теперь является самой крупной индивидуальной молекулой ПАУ, подтверждённой в межзвёздном пространстве, содержащей 24 атома углерода в своей основной структуре (исключая цианогруппу). Количество обнаруженного цианокоронена аналогично количеству ранее обнаруженных более мелких ПАУ, что бросает вызов ожиданиям, что более крупные молекулы должны быть реже в космосе.
Это говорит о том, что ещё более сложные ароматические молекулы могут быть обычным явлением в космосе. Присутствие таких стабильных, крупных ПАУ поддерживает идею, что эти молекулы могут быть основным резервуаром углерода, потенциально снабжая новые планетные системы сырьём для жизни.
Квантово-химический подход исследования показывает, что цианокоронен может эффективно образовываться в холодных условиях космоса в результате реакций между короненом и CN-радикалом, с сильно «погружёнными» энергетическими барьерами, которые не замедляют процесс при низких температурах. Это означает, что химия, создающая сложные органические вещества, может происходить ещё до рождения звёзд.
Обнаружение цианокоронена не только добавляет новую главу в историю космической химии, но и укрепляет «гипотезу ПАУ» — идею о том, что эти молекулы ответственны за загадочные инфракрасные полосы излучения, наблюдаемые по всей Вселенной. Это также проводит прямую связь между химией межзвёздных облаков, метеоритов и астероидов, предполагая, что органические молекулы, найденные в нашей собственной Солнечной системе, могли возникнуть в подобных средах задолго до образования Солнца.
Учёные теперь стремятся найти в космосе ещё более крупные ПАУ и их производные, а также глубже изучить, как эти молекулы выживают и эволюционируют в суровых условиях между звёздами.
Габи Вензель, ведущий автор исследования, отмечает: «Каждое новое обнаружение приближает нас к пониманию происхождения сложной органической химии во Вселенной — и, возможно, происхождения самих строительных блоков жизни».