Обнаружены сложные органические молекулы в диске молодой звезды — ключ к космическому происхождению жизни

С помощью комплекса радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) группа астрономов под руководством Абубакара Фадуля из Института астрономии Общества Макса Планка (MPIA) обнаружила сложные органические молекулы в протопланетном диске вспыхивающей протозвезды V883 Orionis. Среди них — первое предположительное обнаружение этиленгликоля и гликолонитрила.

Эти соединения считаются предшественниками строительных блоков жизни. Сравнение различных космических сред показывает, что обилие и сложность таких молекул возрастают от областей звездообразования до полностью сформировавшихся планетных систем. Это говорит о том, что «семена жизни» собираются в космосе и широко распространены.

Результаты опубликованы в Astrophysical Journal Letters.

Сложные органические молекулы (СОМ) — это молекулы, содержащие более пяти атомов, по крайней мере один из которых — углерод. Многие из них являются строительными блоками жизни, такими как аминокислоты и нуклеиновые кислоты или их предшественники.

Обнаружение 17 СОМ в протопланетном диске V883 Orionis, включая этиленгликоль и гликолонитрил, заполняет пробел в понимании эволюции таких молекул между стадиями, предшествующими и последующими за образованием звезд и их планетообразующих дисков. Гликолонитрил является предшественником аминокислот глицина и аланина, а также нуклеотидного основания аденина.

Сборка пребиотических молекул начинается в межзвездном пространстве

«Наше открытие указывает на прямую линию химического обогащения и увеличения сложности между межзвездными облаками и полностью сформировавшимися планетными системами», — говорит Фадуль.

Переход от холодной протозвезды к молодой звезде, окруженной диском из пыли и газа, сопровождается фазой ударных волн, интенсивного излучения и быстрого выброса газа. Такие энергетические процессы могли бы разрушить большую часть сложной химии, собранной на предыдущих стадиях. Поэтому ученые рассматривали сценарий «сброса», при котором большинство химических соединений, необходимых для возникновения жизни, должны были бы воспроизводиться в околозвездных дисках при формировании комет, астероидов и планет.

«Теперь, похоже, верно обратное, — отмечает соавтор Камбер Шварц. — Наши результаты показывают, что протопланетные диски наследуют сложные молекулы от более ранних стадий, и формирование сложных молекул может продолжаться на стадии протопланетного диска».

Действительно, период между энергичной протозвездной фазой и установлением протопланетного диска был бы сам по себе слишком коротким для образования СОМ в обнаруживаемых количествах. Следовательно, условия, предопределяющие биологические процессы, могут быть широко распространены, а не ограничиваться отдельными планетными системами.

Астрономы находили простейшие органические молекулы, такие как метанол, в плотных областях пыли и газа, предшествующих образованию звезд. В благоприятных условиях они могут содержать даже сложные соединения, включая этиленгликоль. «Мы недавно обнаружили, что этиленгликоль может образовываться при УФ-облучении этаноламина, молекулы, недавно обнаруженной в космосе, — добавляет соавтор Тушар Сухасария. — Это подтверждает идею, что этиленгликоль может образовываться в этих средах, но и на более поздних стадиях молекулярной эволюции, где доминирует УФ-излучение».

Более развитые агенты, важные для биологии, такие как аминокислоты, сахара и нуклеотидные основания, составляющие ДНК и РНК, присутствуют в астероидах, метеоритах и кометах Солнечной системы.

Погребенные во льду и высвобожденные звездами

Химические реакции, синтезирующие СОМ, происходят в холодных условиях, предпочтительно на ледяных пылевых зернах, которые позже слипаются, образуя более крупные объекты. Скрытые в этих смесях камня, пыли и льда, они обычно остаются незамеченными. Доступ к этим молекулам возможен либо с помощью космических зондов, либо за счет внешнего нагрева, который испаряет лед.

В Солнечной системе Солнце нагревает кометы, в результате чего образуются впечатляющие хвосты газа и пыли (комы), по сути, газовые оболочки, окружающие ядра комет. Таким образом, спектроскопия может уловить излучение высвободившихся молекул. Эти спектральные «отпечатки пальцев» помогают астрономам идентифицировать молекулы, ранее погребенные во льду.

Аналогичный процесс нагрева происходит в системе V883 Orionis. Центральная звезда все еще растет, аккрецируя газ из окружающего диска, пока в конечном итоге не зажжет термоядерный огонь в своем ядре. В течение этих периодов роста падающий газ нагревается и производит интенсивные вспышки излучения.

«Эти вспышки достаточно сильны, чтобы нагреть окружающий диск вплоть до областей, которые в противном случае были бы ледяными, высвобождая химические вещества, которые мы обнаружили», — объясняет Фадуль.

«Сложные молекулы, включая этиленгликоль и гликолонитрил, излучают на радиочастотах. ALMA идеально подходит для обнаружения этих сигналов», — говорит Шварц.

Астрономы MPIA получили доступ к этому радиоинтерферометру через Европейскую южную обсерваторию (ESO). ALMA позволила астрономам точно определить систему V883 Orionis и найти слабые спектральные сигнатуры, которые в конечном итоге привели к обнаружениям.

Дальнейшие задачи

«Хотя этот результат впечатляет, мы еще не распутали все сигнатуры, которые нашли в наших спектрах, — говорит Шварц. — Данные с более высоким разрешением подтвердят обнаружение этиленгликоля и гликолонитрила и, возможно, даже откроют более сложные химические вещества, которые мы просто еще не идентифицировали».

«Возможно, нам также нужно посмотреть на другие области электромагнитного спектра, чтобы найти еще более развитые молекулы, — отмечает Фадуль. — Кто знает, что еще мы можем обнаружить?»