Исследование диффузии атомов углерода на межзвездных ледяных зернах
Понимание органической (углеродной) химии в межзвездном пространстве важно для изучения химии Вселенной, происхождения жизни на Земле и возможности жизни в других местах.
Список органических молекул, обнаруженных в космосе, и понимание их взаимодействий постоянно расширяется благодаря наблюдениям. Лабораторные эксперименты также могут дать важные подсказки.
Исследователи из Университета Хоккайдо и Токийского университета (Япония) сообщают о новых лабораторных данных о ключевой роли атомов углерода на межзвездных ледяных зернах в журнале Nature Astronomy.
Считается, что некоторые из самых сложных органических молекул в космосе образуются на поверхности межзвездных ледяных зерен при очень низких температурах. Такие ледяные зерна широко распространены во Вселенной.
Все органические молекулы основаны на скелете из связанных атомов углерода. Большинство атомов углерода изначально образовались в результате реакций ядерного синтеза в звездах и были рассеяны в межзвездном пространстве после взрывов сверхновых. Для образования сложных органических молекул атомам углерода необходим механизм сближения на поверхности ледяных зерен, чтобы встретиться с другими атомами и образовать с ними химические связи. Новое исследование предлагает возможный механизм.
«Воссоздав возможные межзвездные условия в лаборатории, мы смогли зафиксировать слабо связанные атомы углерода, диффундирующие по поверхности ледяных зерен, чтобы прореагировать и образовать молекулы C2», — говорит химик Масаси Цуге из Института низких температур Университета Хоккайдо.
C2 — это двухатомный углерод (диуглерод), молекула, в которой два атома углерода связаны вместе. Его образование является конкретным доказательством наличия диффундирующих атомов углерода на межзвездных ледяных зернах.
Исследование показало, что диффузия может происходить при температурах выше 30 К (–243°C/–405.4°F). В космосе диффузия атомов углерода может активироваться уже при 22 К (–251°C/–419.8°F).
Цуге отмечает, что эти выводы вводят в рассмотрение ранее упускавшийся химический процесс, объясняющий, как более сложные органические молекулы могут строиться путем постепенного добавления атомов углерода.
Этот процесс может происходить в протопланетных дисках вокруг звезд, из которых формируются планеты. Необходимые условия также могут формироваться в так называемых полупрозрачных облаках, которые впоследствии эволюционируют в область звездообразования. Это также может объяснить происхождение химических веществ, которые могли «засеять» жизнь на Земле.
Помимо вопроса о происхождении жизни, эта работа добавляет новый фундаментальный процесс к разнообразию химических реакций, которые могли построить и, возможно, продолжают строить углеродную химию во Вселенной.
Авторы также обобщают текущее понимание формирования сложных органических веществ в космосе и рассматривают, как реакции с участием диффундирующих атомов углерода могут изменить существующую картину.