Ученые обнаружили космические "отпечатки пальцев" серных колец

Впервые команда ученых из HFML-FELIX в Университете Радбауда обнаружила космические спектральные "отпечатки пальцев" серных колец. Результаты, опубликованные в Nature Communications, могут пролить новый свет на то, как сера переносилась из темных межзвездных облаков (где формируются звезды) к молодым планетным системам и планетам вроде Земли и Венеры, а также предложить способы поиска космической серы с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" (JWST).

Сера необходима для всей жизни и является одним из шести химических элементов, составляющих ДНК. Однако ее путь от межзвездных облаков к планетам и их атмосферам плохо изучен. Сера обнаружена в диффузных газовых облаках нашей галактики. Однако когда эти облака сжимаются, образуя новые звезды и планеты, большая часть серы ускользает от обнаружения.

Ученый-исследователь Пьеро Феррари говорит: "До сих пор в космосе было обнаружено лишь 1% космических запасов серы, например, в виде диоксида серы или сероводорода. Остается неясным, как и в какой форме сера доставляется к формирующимся протопланетным дискам, таким как у Земли или Венеры".

Чтобы решить проблему "пропавшей" серы, астрохимики предположили, что атомарная сера может быть "заперта" в крупных молекулах, состоящих только из серы, в форме колец. Используя модели для имитации химических реакций в темных межзвездных облаках (где формируются звезды и планеты), они обнаружили, что могут образовываться цепи и кольца серы, особенно кольцеобразный S₈.

Недавно эта гипотеза получила подтверждение, когда молекулы серы, содержащие до четырех атомов серы, были обнаружены в комете Розетты и на астероиде.

Однако их стабильность плохо изучена, оставляя открытым вопрос о том, как такие кольца и цепи могут выжить в процессе формирования планет. Более того, их присутствие в темных облаках не могло быть установлено, поскольку для этого необходимо знание их инфракрасных спектров.

Используя лазер на свободных электронах в HFML-FELIX, команда впервые зарегистрировала инфракрасный спектральный сигнал наиболее стабильной молекулы, состоящей только из серы, — октасеры (S₈), а также нескольких более мелких молекул серы. Это открывает возможность поиска этих молекул в межзвездных темных облаках с помощью мощного космического телескопа "Джеймс Уэбб".

Феррари говорит: "Однако предварительные оценки показывают, что обнаружение S₈ с помощью JWST все еще будет сложной задачей".

Команда также смогла выяснить, как распадается S₈, то есть какие образуются фрагменты и сколько для этого требуется энергии. Новые данные показывают, что S₈ более хрупок, чем предполагалось ранее в моделях, а это означает, что его выживание может быть поставлено под угрозу высокоэнергетическими фотонами или космическими частицами.

Эти данные имеют большое значение для астрохимических моделей, которые описывают химические пути, связывающие образование молекул в межзвездной среде с их присутствием в планетных атмосферах и недрах.

Феррари добавляет: "Зная космические "отпечатки пальцев" загадочного, но важного элемента серы, мы можем сосредоточить поиск на путях, по которым сера достигает новых планет в нашей галактике. Это позволяет нам лучше понять, как формируется жизнь".