Охота за строительными блоками жизни при -250 °C

Поиск строительных блоков жизни за световые годы от нас — важная задача космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Но как он понимает, что искать? Аспирантка Марина Гомес Рашид помогает, составляя карту молекул, которые могут существовать в глубинах космоса.

Как фары машины в туманный день делают видимыми частицы влаги, поглощающие и отражающие свет, так и JWST наблюдает, как инфракрасный свет от звёзд проходит через космос, делая видимыми молекулы на своём пути. В казалось бы пустых областях пространства появляются облака, заполненные мельчайшими частицами.

Однако идентифицировать молекулы, которые показывает инфракрасный свет, остаётся крайне сложной задачей даже для такого совершенного инструмента, как JWST.

Исследование Гомес Рашид помогает решить эту проблему. За четыре года работы над диссертацией в Лаборатории астрофизики Лейденского университета бразильский учёный идентифицировала некоторые молекулы, с которыми может столкнуться космический телескоп. Её работа предоставила JWST бесценный набор данных.

Марина называет это «химией небес» — взгляд на звёзды с точки зрения химика. Это открывает новую перспективу. Космос неизмеримо огромен, но каждая планета или комета состоит из крошечных молекул, невидимых невооружённым глазом, которые могут многое рассказать о нашей Вселенной и, в конечном счёте, о нас самих.

Гомес Рашид интересуют молекулы, которые образуются на ранней фазе формирования новой звезды, когда в пространстве плавает огромное облако газа и пыли. Именно там происходит космическая химия.

Предыдущие исследования уже показали, что в такой межзвёздной среде присутствует множество органических молекул — соединений, содержащих углерод (C), таких как метан (CH₄), которые являются ключевыми для жизни. Но аспирантка пошла дальше, стремясь выяснить, где образуются эти молекулы.

Для этого ей пришлось смоделировать условия в самых глубоких недрах этих газовых облаков. Там температура может опускаться до минус 250 градусов Цельсия, замораживая почти все вещества. «В этом холодном ядре космический "воздух" немного плотнее, — говорит Гомес Рашид. — Это означает, что атомы и молекулы сближаются в замёрзшем материале и образуются новые молекулы».

В лейденской лаборатории она наблюдала, как эти замёрзшие органические молекулы поглощают направленный на них инфракрасный свет. Анализируя характер поглощения света каждой молекулой, она измеряла её «отпечаток пальца» и добавляла его в базу данных. Благодаря этой информации телескоп «Джеймс Уэбб» теперь точно знает, как выглядят в инфракрасном свете все эти крошечные молекулы.

Молекулы в световых годах от нас могут звучать абстрактно, но они рассказывают нам о происхождении жизни. «Если эти молекулы присутствуют в замёрзших ядрах, как мы предполагаем, это будет означать, что пребиотические молекулы могут формироваться в космосе, — говорит Гомес Рашид. — Их можно считать стартовым набором для жизни. Так что, в конечном счёте, это вопрос и нашего собственного происхождения».